Un nuovo studio contesta l’ipotesi prevalente sul perché Mercurio ha un grande nucleo rispetto al suo manto (lo strato tra il nucleo e la crosta di un pianeta). Per decenni, gli scienziati hanno sostenuto che le collisioni con altri corpi durante la formazione del nostro sistema solare hanno spazzato via gran parte del nucleo roccioso di Mercurio e lasciato il grande e denso corpo metallico all’interno. Ma una nuova ricerca rivela che le collisioni non sono da biasimare – il magnetismo del sole lo è.
William McDonough, professore di geologia all’Università del Maryland, e Takashi Yoshizaki della Tohoku University hanno sviluppato un modello che mostra come la densità, la massa e il contenuto di ferro del nucleo di un pianeta roccioso siano influenzati dalla sua distanza dal campo magnetico del sole. L’articolo che descrive il modello è pubblicato in data 2 luglio 2021 sulla rivista Progress in Earth and Planetary Science.
Mercurio e il campo magnetico del sole
“I quattro pianeti interni del nostro sistema solare – Mercurio, Venere, Terra e Marte – sono costituiti da diverse proporzioni di metallo e roccia”; dichiara McDonough. “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 questo sia accaduto, mostrando che la distribuzione delle materie prime nel sistema solare in formazione 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 seminale 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 era circondato da una nube vorticosa di polvere e gas, i grani di ferro furono attirati verso il centro dal campo magnetico del sole. Quando i pianeti cominciarono a formarsi da ammassi di quella polvere e gas, i pianeti più vicini al sole incorporarono più ferro nei loro nuclei rispetto a quelli più lontani.
Magnetismo e composizione dei pianeti rocciosi
Gli autori, hanno scoperto che la densità e la proporzione di ferro nel nucleo di un pianeta roccioso è correlata alla forza del campo magnetico intorno 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 per sostenere la vita. Sulla Terra, per 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.
Usando i modelli esistenti di formazione planetaria, McDonough ha determinato la velocità con cui il gas e la polvere sono stati tirati nel centro del nostro sistema solare durante la sua formazione. Ha preso in considerazione il campo magnetico che sarebbe stato generato dal sole durante la sua formazione; e poi ha calcolato come questo campo magnetico avrebbe attirato il ferro attraverso la nube di polvere e gas.
Calcoli di formazione Planetaria
Quando il sistema solare primordiale cominciò a raffreddarsi, la polvere e il gas che non venivano attirati nel sole cominciarono a raggrupparsi. Gli ammassi più vicini al sole sarebbero stati esposti a un campo magnetico più forte e quindi avrebbero contenuto più ferro di quelli più lontani dal sole. Man mano che gli ammassi si fondevano e si raffreddavano in pianeti rotanti, le forze gravitazionali attiravano il ferro nel loro nucleo.
Quando McDonough ha incorporato questo modello nei calcoli della formazione planetaria, ha rivelato un gradiente nel contenuto di metallo; e nella densità che corrisponde perfettamente a ciò che gli scienziati sanno sui pianeti del nostro sistema solare. Mercurio ha un nucleo metallico che costituisce circa 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.
Le conclusioni
Questa nuova comprensione del ruolo che il magnetismo gioca nella formazione planetaria crea un ostacolo nello studio degli esopianeti; questo perché attualmente non c’è alcun metodo per determinare le proprietà magnetiche di una stella dalle osservazioni basate sulla Terra. Gli scienziati deducono la composizione di un esopianeta in base allo spettro della luce irradiata dal suo sole. Diversi elementi in una stella emettono radiazioni in diverse lunghezze d’onda; quindi la misurazione di queste lunghezze d’onda rivela di cosa è fatta la stella, e presumibilmente i pianeti intorno ad essa.
Non si può più dire semplicemente:
“Oh, la composizione di una stella è così, quindi i pianeti intorno ad essa devono essere così“; conclude McDonough. Ora bisogna 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 trovare un altro sistema planetario come il nostro; in altre parole uno con pianeti rocciosi sparsi su ampie distanze dal loro sole centrale. Se la densità dei pianeti scende mentre si irradiano dal sole come nel nostro sistema solare, gli astrofisici potrebbero confermare questa nuova teoria e dedurre che un campo magnetico ha influenzato la formazione planetaria.
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