Nghiên cứu mới của Đại học Maryland cho thấy rằng sự gần gũi với từ trường của Mặt trời quyết định cấu trúc bên trong của hành tinh.

Một nghiên cứu mới trái ngược với giả thuyết phổ biến về lý do tại sao sao Thủy có lõi lớn so với bầu khí quyển của nó (lớp giữa lõi và vỏ hành tinh). Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã lập luận rằng các vụ va chạm mạnh với các thiên thể khác trong quá trình hình thành hệ Mặt trời của chúng ta đã thổi bay phần lớn lớp phủ đá của Sao Thủy và để lại lõi khoáng chất lớn, dày đặc bên trong. Nhưng nghiên cứu mới cho thấy rằng các vụ va chạm không phải là nguyên nhân – nguyên nhân là do từ tính của Mặt trời.

William McDonough, giáo sư địa chất tại Đại học Maryland và Takashi Yoshizaki thuộc Đại học Tohoku đã phát triển một mô hình cho thấy mật độ, khối lượng và hàm lượng sắt trong lõi của một hành tinh đá bị ảnh hưởng bởi khoảng cách của nó với từ trường của Mặt trời. Bài báo mô tả mô hình được xuất bản vào ngày 2 tháng 7 năm 2021 trên tạp chí Những tiến bộ trong Khoa học Trái đất và Hành tinh.

McDonough nói: “Bốn hành tinh bên trong hệ mặt trời của chúng ta – Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa – ​​được tạo thành từ các tỷ lệ kim loại và đá khác nhau. “Có một độ dốc trong đó hàm lượng khoáng chất trong lõi giảm khi các hành tinh di chuyển khỏi mặt trời. Bài báo của chúng tôi giải thích điều này xảy ra như thế nào bằng cách chỉ ra rằng sự phân bố nguyên liệu thô trong hệ mặt trời ban đầu được điều khiển bởi từ trường của mặt trời. ”

McDonough trước đây đã phát triển một mô hình hình thành Trái đất mà các nhà khoa học hành tinh thường sử dụng để xác định thành phần của các hành tinh ngoài hành tinh. (Bài báo của ông về công việc này đã được trích dẫn hơn 8000 lần.)

Mô hình mới của McDonough cho thấy trong thời kỳ đầu hình thành hệ mặt trời của chúng ta, khi mặt trời non bị bao quanh bởi một đám mây bụi và khí xoáy, các hạt sắt bị từ trường của mặt trời kéo về phía trung tâm. Khi các hành tinh bắt đầu hình thành từ các đám bụi và khí này, các hành tinh gần mặt trời kết hợp nhiều sắt vào lõi của chúng hơn những hành tinh xa hơn.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng mật độ và hàm lượng sắt trong lõi của một hành tinh đá tương quan với cường độ của từ trường xung quanh Mặt trời trong quá trình hình thành hành tinh. Nghiên cứu mới của họ cho thấy rằng từ tính nên được tính đến trong các nỗ lực trong tương lai để mô tả sự hình thành của các hành tinh đá, bao gồm cả những hành tinh bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta.

Thành phần của lõi hành tinh rất quan trọng đối với khả năng hỗ trợ sự sống của nó. Ví dụ trên Trái đất, một lõi sắt nóng chảy tạo ra một từ quyển bảo vệ hành tinh khỏi các tia vũ trụ gây ung thư. Bột giấy cũng chứa phần lớn phốt pho được tìm thấy trên hành tinh, một chất dinh dưỡng quan trọng để duy trì sự sống dựa trên carbon.

Sử dụng các mô hình hiện tại về sự hình thành hành tinh, McDonough xác định tốc độ mà khí và bụi đang được kéo vào trung tâm của hệ mặt trời của chúng ta khi nó đang hình thành. Ông đã tính đến từ trường mà Mặt trời sẽ tạo ra khi nó phát nổ tồn tại và tính toán cách từ trường này sẽ kéo sắt xuyên qua đám mây bụi và khí.

Khi hệ mặt trời ban đầu bắt đầu nguội đi, bụi và khí chưa được mặt trời thu hút bắt đầu kết tụ lại với nhau. Các khối ở gần mặt trời hơn có thể tiếp xúc với từ trường mạnh hơn, và do đó sẽ chứa nhiều sắt hơn những khối ở xa mặt trời. Khi các khối kết tụ lại và nguội đi thành các hành tinh quay, lực hấp dẫn sẽ kéo sắt vào lõi của chúng.

Khi McDonough kết hợp mô hình này vào các tính toán của mình về sự hình thành hành tinh, ông đã tiết lộ một độ dốc về hàm lượng khoáng chất và mật độ phù hợp với những gì các nhà khoa học biết về các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta. Thủy ngân có lõi kim loại chiếm khoảng 3/4 khối lượng của nó. Các lõi của Trái đất và sao Kim chỉ chiếm một phần ba khối lượng của chúng, và sao Hỏa, nơi xa nhất so với các hành tinh đá, có một lõi nhỏ không vượt quá một phần tư khối lượng của nó.

Hiểu biết mới này về vai trò của từ tính trong sự hình thành hành tinh tạo ra một trở ngại trong việc nghiên cứu các hành tinh ngoài hành tinh, bởi vì hiện tại không có cách nào để xác định các đặc tính từ tính của một ngôi sao từ các quan sát trên Trái đất. Các nhà khoa học suy ra thành phần của một hành tinh ngoại dựa trên quang phổ ánh sáng do mặt trời của nó phát ra. Các phần tử khác nhau trong một ngôi sao phát ra bức xạ có bước sóng khác nhau, vì vậy việc đo những bước sóng đó cho thấy ngôi sao được tạo thành từ gì, và có lẽ là các hành tinh xung quanh nó.

McDonough nói: “Bạn không còn có thể chỉ nói, ‘Ồ, thành phần cấu tạo của ngôi sao trông giống như thế này’, vì vậy các hành tinh xung quanh nó sẽ trông như thế này. sắt dựa trên các tính chất Từ tính của một ngôi sao trong thời kỳ đầu phát triển của hệ mặt trời.

Các bước tiếp theo trong công việc này là các nhà khoa học tìm ra một hệ hành tinh khác giống như hệ hành tinh của chúng ta – một hệ có các hành tinh đá nằm rải rác ở khoảng cách rộng so với mặt trời trung tâm. Nếu mật độ của các hành tinh giảm khi chúng khởi hành từ mặt trời giống như trong hệ mặt trời của chúng ta, các nhà nghiên cứu có thể xác nhận lý thuyết mới này và kết luận rằng từ trường ảnh hưởng đến sự hình thành của các hành tinh.

Tham khảo: “Các thành phần hành tinh trên mặt đất được điều khiển bởi từ trường của đĩa bồi tụ” của William F. McDonough và Takashi Yoshizaki, ngày 2 tháng 7 năm 2021 Có sẵn tại đây Những tiến bộ trong Khoa học Trái đất và Hành tinh.
DOI: 10.1186 / s40645-021-00429-4