Neue Forschungen der University of Maryland zeigen, dass die Nähe zum Magnetfeld der Sonne die innere Struktur des Planeten bestimmt.

Eine neue Studie widerspricht der vorherrschenden Hypothese, warum Merkur im Verhältnis zu seiner Atmosphäre (der Schicht zwischen dem Kern und der Kruste des Planeten) einen großen Kern hat. Seit Jahrzehnten argumentieren Wissenschaftler, dass Kollisionen mit anderen Körpern während der Entstehung unseres Sonnensystems einen Großteil des felsigen Mantels von Merkur weggeblasen und den großen, dichten Mineralkern im Inneren hinterlassen haben. Aber neue Forschungen zeigen, dass die Kollisionen nicht schuld sind – der Magnetismus der Sonne ist schuld.

William McDonough, Professor für Geologie an der University of Maryland, und Takashi Yoshizaki von der Tohoku University entwickelten ein Modell, das zeigt, dass Dichte, Masse und Eisengehalt des Kerns eines felsigen Planeten von seiner Entfernung vom Magnetfeld der Sonne beeinflusst werden. Die Beschreibung des Modells wurde am 2. Juli 2021 in der Zeitschrift in veröffentlicht Fortschritte in den Erd- und Planetenwissenschaften.

„Die vier inneren Planeten unseres Sonnensystems – Merkur, Venus, Erde und Mars – bestehen aus unterschiedlichen Anteilen von Metall und Gestein“, sagte McDonough. „Es gibt einen Gradienten, bei dem der Mineralgehalt des Kerns abnimmt, wenn sich die Planeten von der Sonne entfernen. Unser Beitrag erklärt, wie dies geschah, indem er zeigt, dass die Verteilung der Rohstoffe im frühen Sonnensystem durch das Magnetfeld der Sonne gesteuert wurde. ”

McDonough hat zuvor ein Modell der Erdentstehung entwickelt, das Planetenwissenschaftler häufig verwenden, um die Zusammensetzung von Exoplaneten zu bestimmen. (Seine wegweisende Arbeit zu dieser Arbeit wurde über 8000 Mal zitiert.)

McDonoughs neues Modell zeigt, dass während der frühen Entstehung unseres Sonnensystems, als die junge Sonne von einer wirbelnden Staub- und Gaswolke umgeben war, Eisenkörner vom Magnetfeld der Sonne in Richtung Zentrum gezogen wurden. Als sich Planeten aus Klumpen dieses Staubs und Gases zu bilden begannen, verschmolzen Planeten näher an der Sonne mehr Eisen in ihren Kernen als weiter entfernte.

Die Forscher fanden heraus, dass die Dichte und der Eisengehalt des Kerns eines Gesteinsplaneten mit der Stärke des Magnetfelds um die Sonne während der Planetenentstehung korrelieren. Ihre neue Studie legt nahe, dass der Magnetismus bei zukünftigen Versuchen, die Entstehung von Gesteinsplaneten zu beschreiben, auch außerhalb unseres Sonnensystems, berücksichtigt werden sollte.

Die Zusammensetzung des Kerns des Planeten ist wichtig für seine Fähigkeit, Leben zu erhalten. Auf der Erde zum Beispiel erzeugt ein geschmolzener Eisenkern eine Magnetosphäre, die den Planeten vor krebserregender kosmischer Strahlung schützt. Das Fruchtfleisch enthält auch den größten Teil des auf dem Planeten vorkommenden Phosphors, ein wichtiger Nährstoff für die Aufrechterhaltung des kohlenstoffbasierten Lebens.

Mit aktuellen Modellen der Planetenentstehung hat McDonough die Geschwindigkeit bestimmt, mit der Gas und Staub während der Entstehung in das Zentrum unseres Sonnensystems gezogen werden. Er berücksichtigte das Magnetfeld, das die Sonne bei ihrer Explosion erzeugt hätte, und berechnete, wie dieses Magnetfeld Eisen durch die Staub- und Gaswolke ziehen würde.

Als das frühe Sonnensystem abzukühlen begann, begannen sich Staub und Gas, die nicht von der Sonne angezogen worden waren, zu verklumpen. Sonnennahe Massen können einem stärkeren Magnetfeld ausgesetzt sein und enthalten daher mehr Eisen als sonnenferne Massen. Während die Klumpen zu rotierenden Planeten zusammenwachsen und abkühlen, ziehen die Gravitationskräfte Eisen in ihren Kern.

Als McDonough dieses Modell in seine Berechnungen zur Planetenentstehung einbezog, zeigte er einen Gradienten im Mineralgehalt und in der Dichte, der dem entspricht, was Wissenschaftler über Planeten in unserem Sonnensystem wissen. Merkur hat einen metallischen Kern, der etwa drei Viertel seiner Masse ausmacht. Die Kerne von Erde und Venus machen nur ein Drittel ihrer Masse aus, und der Mars, der am weitesten von den Gesteinsplaneten entfernt ist, hat einen kleinen Kern, der ein Viertel seiner Masse nicht überschreitet.

Dieses neue Verständnis der Rolle des Magnetismus bei der Planetenentstehung stellt ein Hindernis für die Erforschung von Exoplaneten dar, da es derzeit keine Möglichkeit gibt, die magnetischen Eigenschaften eines Sterns aus erdbasierten Beobachtungen zu bestimmen. Wissenschaftler schließen die Zusammensetzung eines Exoplaneten anhand des von seiner Sonne emittierten Lichtspektrums ab. Verschiedene Elemente in einem Stern emittieren Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen, so dass die Messung dieser Wellenlängen zeigt, woraus der Stern besteht und vermutlich die Planeten um ihn herum.

„Man kann nicht mehr einfach sagen: ‚Oh, die Zusammensetzung des Sterns sieht so aus‘, also sollten die Planeten um ihn herum so aussehen“, sagte McDonough. „Jetzt müssen Sie sagen: ‚Jeder Planet kann mehr oder weniger haben“ Eisen basierend auf magnetischen Eigenschaften eines Sterns im frühen Wachstum des Sonnensystems.

Die nächsten Schritte in dieser Arbeit sind für die Wissenschaftler, ein anderes Planetensystem wie unseres zu finden – eines mit Gesteinsplaneten, die in großen Entfernungen von der Zentralsonne verstreut sind. Wenn die Dichte der Planeten beim Verlassen der Sonne abnimmt, wie es in unserem Sonnensystem der Fall ist, könnten die Forscher diese neue Theorie bestätigen und schlussfolgern, dass das Magnetfeld die Entstehung der Planeten beeinflusst hat.

Referenz: „Terrestrische planetarische Zusammensetzungen kontrolliert durch das Magnetfeld der Akkretionsscheibe“ Von William F. McDonough und Takashi Yoshizaki, 2. Juli 2021 Hier verfügbar Available Fortschritte in den Erd- und Planetenwissenschaften.
DOI: 10.1186 / s40645-021-00429-4