Gli scienziati si sbagliano sul pianeta Mercurio? Il suo grande cuore di ferro potrebbe essere dovuto al magnetismo!

Una nuova ricerca mostra che il campo magnetico del sole dirige il ferro verso il centro del nostro sistema solare mentre si formano i pianeti. Questo spiega perché Mercurio, che è il più vicino al Sole, ha un nucleo di ferro più grande e più denso rispetto ai suoi strati esterni rispetto ad altri pianeti rocciosi come la Terra e Marte. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA

Una nuova ricerca dell’Università del Maryland mostra che la vicinanza al campo magnetico del Sole determina la struttura interna del pianeta.

Un nuovo studio contraddice l’ipotesi prevalente sul motivo per cui Mercurio ha un grande nucleo rispetto alla sua atmosfera (lo strato tra il nucleo del pianeta e la crosta). Per decenni, gli scienziati hanno sostenuto che le collisioni mordi e fuggi con altri corpi durante la formazione del nostro sistema solare hanno spazzato via gran parte del mantello roccioso di Mercurio e lasciato il grande e denso nucleo minerale all’interno. Ma una nuova ricerca rivela che la colpa non è delle collisioni: la colpa è del magnetismo del Sole.

William McDonough, professore di geologia presso l’Università del Maryland, e Takashi Yoshizaki della Tohoku University hanno sviluppato un modello che mostra che la densità, la massa e il contenuto di ferro del nucleo di un pianeta roccioso sono influenzati dalla sua distanza dal campo magnetico del Sole. Il documento che descrive il modello è stato pubblicato il 2 luglio 2021 sulla rivista Progressi nelle scienze della Terra e dei pianeti.

«I quattro pianeti interni del nostro sistema solare – Mercurio, Venere, Terra e Marte – sono fatti di diverse proporzioni di metallo e roccia», ha detto McDonough. «C’è un gradiente in cui il contenuto di minerali del nucleo diminuisce man mano che i pianeti si allontanano dal Sole. Il nostro articolo spiega come ciò sia avvenuto mostrando che la distribuzione delle materie prime nel sistema solare primordiale era controllata dal campo magnetico del sole. «

McDonough aveva precedentemente sviluppato un modello di formazione della Terra che gli scienziati planetari usano comunemente per determinare la composizione degli esopianeti. (Il suo articolo fondamentale su questo lavoro è stato citato più di 8000 volte.)

Il nuovo modello di McDonough mostra che durante la prima formazione del nostro sistema solare, quando il giovane sole era circondato da una nuvola vorticosa di polvere e gas, i grani di ferro venivano trascinati verso il centro dal campo magnetico solare. Quando i pianeti iniziarono a formarsi da ammassi di questa polvere e gas, i pianeti più vicini al sole fondevano più ferro nei loro nuclei rispetto a quelli più lontani.

I ricercatori hanno scoperto che la densità e il contenuto di ferro del nucleo di un pianeta roccioso è correlato alla forza del campo magnetico attorno al Sole durante la formazione del pianeta. Il loro nuovo studio suggerisce che il magnetismo dovrebbe essere preso in considerazione nei futuri tentativi di descrivere la formazione di pianeti rocciosi, compresi quelli al di fuori del nostro sistema solare.

La composizione del nucleo del pianeta è importante per la sua capacità di sostenere la vita. Sulla Terra, ad esempio, un nucleo di ferro fuso crea una magnetosfera che protegge il pianeta dai raggi cosmici cancerogeni. La polpa contiene anche la maggior parte del fosforo presente sul pianeta, un nutriente importante per il mantenimento della vita a base di carbonio.

Utilizzando gli attuali modelli di formazione dei pianeti, McDonough ha determinato la velocità con cui gas e polvere vengono attirati al centro del nostro sistema solare mentre si stava formando. Ha preso in considerazione il campo magnetico che il Sole avrebbe generato quando è esploso e ha calcolato come questo campo magnetico avrebbe trascinato il ferro attraverso la nuvola di polvere e gas.

Quando il primo sistema solare iniziò a raffreddarsi, polvere e gas che non erano stati attratti dal sole iniziarono ad ammassarsi insieme. Le masse più vicine al sole possono essere esposte a un campo magnetico più forte e quindi conterranno più ferro di quelle più lontane dal sole. Mentre i grumi si uniscono e si raffreddano in pianeti rotanti, le forze gravitazionali attirano il ferro nel loro nucleo.

Quando McDonough ha incorporato questo modello nei suoi calcoli sulla formazione planetaria, ha rivelato un gradiente nel contenuto e nella densità di minerali che corrisponde a ciò che gli scienziati sanno sui pianeti nel nostro sistema solare. Il mercurio ha un nucleo metallico che costituisce circa i tre quarti della sua massa. I nuclei della Terra e di Venere rappresentano solo un terzo della loro massa e Marte, il più lontano dai pianeti rocciosi, ha un piccolo nucleo che non supera un quarto della sua massa.

Questa nuova comprensione del ruolo che il magnetismo svolge nella formazione dei pianeti crea un ostacolo nello studio degli esopianeti, perché attualmente non c’è modo di determinare le proprietà magnetiche di una stella dalle osservazioni terrestri. Gli scienziati deducono la composizione di un esopianeta in base allo spettro della luce emessa dal suo sole. Diversi elementi in una stella emettono radiazioni di diverse lunghezze d’onda, quindi misurare quelle lunghezze d’onda rivela di cosa è fatta la stella e presumibilmente i pianeti intorno ad essa.

«Non puoi più dire semplicemente: ‘Oh, la composizione della stella è così’, quindi i pianeti intorno dovrebbero assomigliare a questo», ha detto McDonough. ferro basato sulle proprietà magnetiche di una stella nella prima crescita del sistema solare.

I prossimi passi in questo lavoro sono che gli scienziati trovino un altro sistema planetario come il nostro, uno con pianeti rocciosi sparsi a grandi distanze dal sole centrale. Se la densità dei pianeti diminuisce quando si allontanano dal sole come fa nel nostro sistema solare, i ricercatori potrebbero confermare questa nuova teoria e concludere che il campo magnetico ha influenzato la formazione dei pianeti.

Riferimento: «Composizioni planetarie terrestri controllate dal campo magnetico del disco di accrescimento» di William F. McDonough e Takashi Yoshizaki, 2 luglio 2021 Disponibile qui Progressi nelle scienze della Terra e dei pianeti.
DOI: 10.1186/s40645-021-00429-4