Un nuovo studio contesta l'ipotesi prevalente sul perché Mercurio abbia un grande nucleo rispetto al suo mantello (lo strato tra il nucleo di un pianeta e la crosta). Per decenni, gli scienziati hanno sostenuto che le collisioni mordi e fuggi con altri corpi durante la formazione del nostro sistema solare hanno spazzato via gran parte del mantello roccioso di Mercurio e lasciato il grande, denso, nucleo metallico all'interno. Ma una nuova ricerca rivela che le collisioni non sono da biasimare:lo è il magnetismo del sole.

William McDonough, professore di geologia all'Università del Maryland, e Takashi Yoshizaki della Tohoku University hanno sviluppato un modello che mostra che la densità, la massa e il contenuto di ferro del nucleo di un pianeta roccioso sono influenzati dalla sua distanza dal campo magnetico del sole. Il documento che descrive il modello è stato pubblicato il 2 luglio, 2021, nel diario Progressi nelle scienze della Terra e dei pianeti .

"I quattro pianeti interni del nostro sistema solare:Mercurio, Venere, Terra e Marte:sono costituiti da diverse proporzioni di metallo e roccia, "McDonough ha detto. "C'è un gradiente in cui il contenuto di metallo nel nucleo diminuisce man mano che i pianeti si allontanano dal sole. Il nostro articolo spiega come ciò sia avvenuto mostrando che la distribuzione delle materie prime nel sistema solare in formazione iniziale era controllata dal campo magnetico del sole".

McDonough ha precedentemente sviluppato un modello per la composizione della Terra che è comunemente usato dagli scienziati planetari per determinare la composizione degli esopianeti. (Il suo documento fondamentale su questo lavoro è stato citato più di 8, 000 volte.)

Il nuovo modello di McDonough mostra che durante la prima formazione del nostro sistema solare, quando il giovane sole fu circondato da una nuvola vorticosa di polvere e gas, grani di ferro sono stati attirati verso il centro dal campo magnetico del sole. Quando i pianeti cominciarono a formarsi da ammassi di quella polvere e quel gas, i pianeti più vicini al sole incorporavano più ferro nei loro nuclei rispetto a quelli più lontani.

I ricercatori hanno scoperto che la densità e la proporzione di ferro nel nucleo di un pianeta roccioso è correlata alla forza del campo magnetico attorno al sole durante la formazione planetaria. Il loro nuovo studio suggerisce che il magnetismo dovrebbe essere preso in considerazione nei futuri tentativi di descrivere la composizione dei pianeti rocciosi, compresi quelli al di fuori del nostro sistema solare.

La composizione del nucleo di un pianeta è importante per il suo potenziale di sostenere la vita. Sulla terra, ad esempio, un nucleo di ferro fuso crea una magnetosfera che protegge il pianeta dai raggi cosmici cancerogeni. Il nucleo contiene anche la maggior parte del fosforo del pianeta, che è un nutriente importante per sostenere la vita basata sul carbonio.

Utilizzando modelli esistenti di formazione planetaria, McDonough ha determinato la velocità con cui gas e polvere sono stati attirati al centro del nostro sistema solare durante la sua formazione. Ha preso in considerazione il campo magnetico che sarebbe stato generato dal sole quando è scoppiato e ha calcolato come quel campo magnetico avrebbe attirato il ferro attraverso la polvere e la nuvola di gas.

Quando il primo sistema solare iniziò a raffreddarsi, polvere e gas che non erano stati attirati dal sole cominciarono ad ammassarsi. I ciuffi più vicini al sole sarebbero stati esposti a un campo magnetico più forte e quindi conterrebbero più ferro di quelli più lontani dal sole. Mentre i grumi si univano e si raffreddavano in pianeti rotanti, le forze gravitazionali attirarono il ferro nel loro nucleo.

Quando McDonough incorporò questo modello nei calcoli della formazione planetaria, ha rivelato un gradiente nel contenuto e nella densità di metalli che corrisponde perfettamente a ciò che gli scienziati sanno sui pianeti del nostro sistema solare. Il mercurio ha un nucleo metallico che costituisce circa i tre quarti della sua massa. I nuclei della Terra e di Venere sono solo circa un terzo della loro massa, e Marte, il più esterno dei pianeti rocciosi, ha un piccolo nucleo che è solo circa un quarto della sua massa.

Questa nuova comprensione del ruolo svolto dal magnetismo nella formazione planetaria crea un nodo nello studio degli esopianeti, perché attualmente non esiste un metodo per determinare le proprietà magnetiche di una stella dalle osservazioni terrestri. Gli scienziati deducono la composizione di un esopianeta basandosi sullo spettro della luce irradiata dal suo sole. Diversi elementi in una stella emettono radiazioni a diverse lunghezze d'onda, quindi misurare quelle lunghezze d'onda rivela ciò che la stella, e presumibilmente i pianeti intorno ad esso, sono fatti di.

"Non puoi più semplicemente dire, 'Oh, la composizione di una stella assomiglia a questa, quindi i pianeti intorno devono assomigliare a questo, '" ha detto McDonough. "Ora devi dire, 'Ogni pianeta potrebbe avere più o meno ferro in base alle proprietà magnetiche della stella nella prima crescita del sistema solare.'"

I prossimi passi in questo lavoro saranno per gli scienziati di trovare un altro sistema planetario come il nostro, uno con pianeti rocciosi sparsi su ampie distanze dal loro sole centrale. Se la densità dei pianeti diminuisce quando si irradiano dal sole come avviene nel nostro sistema solare, i ricercatori potrebbero confermare questa nuova teoria e dedurre che un campo magnetico ha influenzato la formazione planetaria.

Il documento di ricerca, "Composizioni di pianeti terrestri controllate dal campo magnetico del disco di accrescimento, " McDonough, W.F. e Yoshizaki, T., è stato pubblicato il 2 luglio 2021, nel diario Progressi nelle scienze della Terra e dei pianeti .