Aus vielen Gründen wird Venus manchmal als "Zwilling der Erde" (oder "Schwesterplanet", je nachdem, wen Sie fragen) bezeichnet. Wie die Erde ist es von Natur aus terrestrisch (d. H. Felsig) und besteht aus Silikatmineralien und Metallen, die zwischen einem Eisen-Nickel-Kern und einem Silikatmantel und einer Kruste unterscheiden. Aber wenn es um ihre jeweiligen Atmosphären und Magnetfelder geht, könnten unsere beiden Planeten unterschiedlicher nicht sein.
Seit einiger Zeit haben Astronomen Schwierigkeiten zu beantworten, warum die Erde ein Magnetfeld hat (das es ihr ermöglicht, eine dicke Atmosphäre beizubehalten) und die Venus nicht. Laut einer neuen Studie, die von einem internationalen Wissenschaftlerteam durchgeführt wurde, hat dies möglicherweise etwas mit massiven Auswirkungen zu tun, die in der Vergangenheit aufgetreten sind. Da die Venus anscheinend noch nie einen solchen Aufprall erlitten hat, hat sie nie den Dynamo entwickelt, der zur Erzeugung eines Magnetfelds erforderlich ist.
Die Studie mit dem Titel „Bildung, Schichtung und Vermischung der Kerne von Erde und Venus“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Planetarische Buchstaben der Erde und der Wissenschaft. Die Studie wurde von Seth A. Jacobson von der Northwestern University geleitet und umfasste Mitglieder des Observatoriums de la Côte d'Azur, der Universität Bayreuth, des Tokyo Institute of Technology und der Carnegie Institution of Washington.
Für ihre Studie begannen Jacobson und seine Kollegen zu überlegen, wie sich terrestrische Planeten überhaupt bilden. Nach den am weitesten verbreiteten Modellen der Planetenbildung werden terrestrische Planeten nicht in einem einzigen Stadium gebildet, sondern aus einer Reihe von Akkretionsereignissen, die durch Kollisionen mit Planetesimalen und planetaren Embryonen gekennzeichnet sind - von denen die meisten eigene Kerne haben.
Jüngste Studien zur Hochdruckmineralphysik und zur Orbitaldynamik haben auch gezeigt, dass Planetenkerne beim Anwachsen eine geschichtete Struktur entwickeln. Der Grund dafür hängt damit zusammen, wie während des Prozesses eine höhere Menge an leichten Elementen in flüssiges Metall eingebaut wird, das dann mit steigenden Temperaturen und steigendem Druck zum Kern des Planeten sinken würde.
Solch ein geschichteter Kern wäre nicht konvektionsfähig, was vermutlich das Erdmagnetfeld ermöglicht. Darüber hinaus sind solche Modelle nicht mit seismologischen Studien kompatibel, die darauf hinweisen, dass der Erdkern hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht, während etwa 10% seines Gewichts aus leichten Elementen wie Silizium, Sauerstoff, Schwefel und anderen bestehen. Der äußere Kern ist ähnlich homogen und besteht aus den gleichen Elementen.
Wie Dr. Jacobson dem Space Magazine per E-Mail erklärte:
„Die terrestrischen Planeten sind aus einer Folge von akkretionären (Aufprall-) Ereignissen gewachsen, sodass der Kern auch mehrstufig gewachsen ist. Die mehrstufige Kernbildung erzeugt eine geschichtete, stabil geschichtete Dichtestruktur im Kern, da leichte Elemente zunehmend in spätere Kernadditionen einbezogen werden. Leichte Elemente wie O, Si und S verteilen sich während der Kernbildung zunehmend in kernbildenden Flüssigkeiten, wenn Drücke und Temperaturen höher sind. Spätere Kernbildungsereignisse integrieren mehr dieser Elemente in den Kern, da die Erde größer und die Drücke und Temperaturen daher höher sind .
„Dies schafft eine stabile Schichtung, die ein lang anhaltendes Geodynamo und ein planetarisches Magnetfeld verhindert. Dies ist unsere Hypothese für die Venus. Im Fall der Erde glauben wir, dass der mondbildende Aufprall heftig genug war, um den Erdkern mechanisch zu vermischen und einem lang anhaltenden Geodynamo die Erzeugung des heutigen planetaren Magnetfelds zu ermöglichen. “
Um diesen Zustand der Verwirrung zu verstärken, wurden paläomagnetische Studien durchgeführt, die darauf hinweisen, dass das Erdmagnetfeld seit mindestens 4,2 Milliarden Jahren existiert (ungefähr 340 Millionen Jahre nach seiner Entstehung). Als solches stellt sich natürlich die Frage, was den aktuellen Konvektionszustand erklären könnte und wie er zustande kam. Für ihre Studie erwägen Jacobson und sein Team die Möglichkeit, dass ein massiver Einfluss dafür verantwortlich sein könnte. Wie Jacobson angedeutet hat:
„Energetische Einflüsse mischen den Kern mechanisch und können so eine stabile Schichtung zerstören. Eine stabile Schichtung verhindert eine Konvektion, die einen Geodynamo hemmt. Durch Entfernen der Schichtung kann der Dynamo betrieben werden. “
Grundsätzlich hätte die Energie dieses Aufpralls den Kern erschüttert und eine einzige homogene Region geschaffen, in der ein lang anhaltender Geodynamo funktionieren könnte. Angesichts des Alters des Erdmagnetfelds steht dies im Einklang mit der Theia-Aufpralltheorie, nach der ein Objekt in Marsgröße vor 4,51 Milliarden Jahren mit der Erde kollidierte und zur Bildung des Erd-Mond-Systems führte.
Dieser Einfluss hätte dazu führen können, dass der Erdkern nicht mehr geschichtet, sondern homogen war, und im Laufe der nächsten 300 Millionen Jahre hätten Druck- und Temperaturbedingungen dazu führen können, dass zwischen einem festen inneren Kern und einem flüssigen äußeren Kern unterschieden wurde. Dank der Rotation im äußeren Kern war das Ergebnis ein Dynamoeffekt, der unsere Atmosphäre bei ihrer Entstehung schützte.
Die Keime dieser Theorie wurden letztes Jahr auf der 47. Lunar and Planetary Science Conference in The Woodlands, Texas, vorgestellt. Während eines Vortrags mit dem Titel „Dynamisches Mischen von Planetenkernen durch Rieseneinschläge“ haben Dr. Miki Nakajima von Caltech - einer der Co-Autoren dieser neuesten Studie - und David J. Stevenson von der Carnegie Institution of Washington. Zu dieser Zeit wiesen sie darauf hin, dass die Schichtung des Erdkerns möglicherweise durch denselben Aufprall wie der Mond zurückgesetzt wurde.
Es war die Studie von Nakajima und Stevenson, die zeigte, wie die heftigsten Einflüsse den Kern der Planeten spät in ihrer Akkretion bewegen konnten. Darauf aufbauend verwendeten Jacobson und die anderen Co-Autoren Modelle, wie Erde und Venus von einer Feststoff- und Gasscheibe um eine Proto-Sonne gewachsen sind. Sie wendeten auch Berechnungen des Wachstums von Erde und Venus an, basierend auf der Chemie des Mantels und des Kerns jedes Planeten während jedes Akkretionsereignisses.
Die Bedeutung dieser Studie in Bezug auf die Entwicklung der Erde und die Entstehung des Lebens kann nicht unterschätzt werden. Wenn die Magnetosphäre der Erde das Ergebnis eines späten energetischen Aufpralls ist, könnten solche Einflüsse durchaus den Unterschied zwischen bewohnbar oder entweder zu kalt und trocken (wie der Mars) oder zu heiß und höllisch (wie die Venus) ausmachen. Wie Jacobson schloss:
„Planetare Magnetfelder schützen Planeten und das Leben auf dem Planeten vor schädlicher kosmischer Strahlung. Wenn ein später, heftiger und riesiger Aufprall für ein planetarisches Magnetfeld notwendig ist, kann ein solcher Aufprall für das Leben notwendig sein. “
Mit Blick auf unser Sonnensystem hat dieses Papier auch Auswirkungen auf die Untersuchung von außersolaren Planeten. Auch hier kann der Unterschied zwischen bewohnbarem oder nicht bewohnbarem Planeten auf energiereiche Auswirkungen zurückzuführen sein, die Teil der frühen Geschichte des Systems sind. Wenn Wissenschaftler in Zukunft außersolare Planeten untersuchen und nach Anzeichen von Bewohnbarkeit suchen, könnten sie gezwungen sein, eine einfache Frage zu stellen: „Wurde sie hart genug getroffen?“
