Почему у Меркурия такое большое железное ядро? Магнетизм!

Новое исследование оспаривает господствующую гипотезу о причинах того, почему Меркурий имеет большое ядро по сравнению со своей мантией (слой между ядром планеты и корой).

В течение десятилетий ученые утверждали, что в результате столкновений с другими телами при формировании нашей Солнечной системы большая часть каменистой мантии Меркурия была снесена и внутри осталось большое, плотное металлическое ядро. Но новое исследование показывает, что столкновения не виноваты — дело в магнетизме Солнца.

Об этом рассказывают в Мэрилендском университете (UMD).

Профессор геологии из UMD Уильям Макдоноу и Такаши Йосидзаки из Университета Тохоку разработали модель, которая показывает, что плотность, масса и содержание железа в ядре каменистой планеты зависят от ее удаленности от магнитного поля Солнца. Статья с описанием модели была опубликована 2 июля 2021 года в журнале "Progress in Earth and Planetary Science".

"Четыре внутренние планеты нашей Солнечной системы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — состоят из различных пропорций металла и пород", - сказал Макдоноу. "Существует градиент, по которому содержание металла в ядре уменьшается по мере удаления планеты от Солнца. Наша работа объясняет, как это произошло, показывая, что распределение сырьевых материалов при раннем формировании Солнечной системы контролировалось магнитным полем Солнца".

Ранее Макдоноу разработал модель состава Земли, которая часто используется учеными-планетологами для определения экзопланет. (Его основная статья с этой работой цитировалась более 8000 раз).

Новая модель Макдоноу показывает, что на раннем этапе формирования нашей Солнечной системы, когда молодое Солнце было окружено кружившимся облаком пыли и газа, крупинки железа были притянуты к центру магнитным полем Солнца. Когда из сгустков этой пыли и газа начали образовываться планеты, то те, которые расположены ближе к Солнцу, включали в свои ядра больше железа, чем те, которые находились дальше.

Исследователи обнаружили, что плотность и доля железа в ядре каменистой планеты коррелируют с силой магнитного поля вокруг Солнца при формировании планет. Их новое исследование предполагает, что магнетизм следует учитывать в будущих попытках описания состава каменистых планет, в том числе вне Солнечной системы.

Состав ядра планеты важен для ее потенциальной возможности поддерживать жизнь. Например, на Земле расплавленное железное ядро создает магнитосферу, которая защищает планету от космических лучей, вызывающих рак. Ядро также содержит большую часть фосфора планеты, который является важным питательным веществом для поддержания жизни, основанной на углероде.

Используя имеющиеся модели образования планет, Макдоноу определил скорость, с которой газ и пыль втягивались в центр нашей Солнечной системы во время ее формирования. Он учел магнитное поле, которое должно было генерироваться Солнцем при его возникновении, и подсчитал, как это магнитное поле будет втягивать железо со всего газопылевого облака.

Когда ранняя Солнечная система начала охлаждаться, то пыль и газ, которые не были втянуты в Солнце, начали слепляться в сгустки. Сгустки, расположенные ближе к Солнцу, были бы подвержены действию сильного магнитного поля и, следовательно, содержали бы больше железа, чем те, которые удалены от Солнца. Когда сгустки сливались и охлаждались во вращающиеся планеты, гравитационные силы втягивали железо в их ядра.

Когда Макдоноу включил эту модель в расчеты планетообразования, она показала градиент содержания металлов и плотности, который полностью соответствует тому, что ученые знают о планетах в нашей Солнечной системе. Меркурий имеет металлическое ядро, которое составляет около трех четвертей его массы. Ядра Земли и Венеры составляют лишь около трети их массы, а Марс, самый удаленный из числа каменистых планет, имеет небольшое ядро, которое составляет лишь примерно одну четверть его массы.

Это новое понимание роли магнетизма в формировании планет создает перелом в изучении экзопланет, поскольку в настоящее время не существует метода определения магнитных свойств звезды на основе наблюдений с Земли. Ученые делают выводы о составе экзопланет на основе спектра света, излучаемого от ее солнца. Различные элементы в звезды излучают разную длину волны, поэтому измерения этих длин волн показывает, из чего сделана звезда и, вероятно, планеты вокруг нее.

"Вы уже не можете просто сказать: «О, состав звезды выглядит так, поэтому планеты вокруг нее должны выглядеть так же»", - отметил Макдоноу. "Теперь вы должны сказать: «Каждая планета может иметь большее или меньшее количество железа на основе магнитных свойств звезды во время раннего роста звездной системы»".

Следующими шагами в этой работе будут поиски учеными другой планетарной системы, подобной нашей, – системы с каменистыми планетами, распределенными большими расстояниями от центрального солнца. Если плотность у планет падает по мере того, как они удаляются от солнца так, как это происходит в нашей Солнечной системе, исследователи могут подтвердить эту новую теорию и сделать вывод о том, что магнитное поле влияло на формирование планет.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.