Af mange grunde omtales Venus undertiden som "Earth's Twin" (eller "Sister Planet", afhængigt af hvem du spørger). Ligesom Jorden er den jordbunden (dvs. stenet) i naturen, sammensat af silicatmineraler og metaller, der er differentieret mellem en jern-nikkelkerne og silikatmantel og skorpe. Men når det kommer til deres respektive atmosfærer og magnetiske felter, kunne vores to planeter ikke være mere forskellige.
I nogen tid har astronomer kæmpet for at svare på, hvorfor Jorden har et magnetfelt (som tillader den at bevare en tyk atmosfære) og Venus ikke. Ifølge en ny undersøgelse foretaget af et internationalt team af forskere kan det have noget at gøre med en massiv indflydelse, der fandt sted i fortiden. Da Venus ser ud til aldrig at have haft en sådan påvirkning, har den aldrig udviklet den dynamo, der er nødvendig for at generere et magnetfelt.
Undersøgelsen med titlen "Dannelse, stratificering og blanding af kernerne på Jorden og Venus" dukkede for nylig op i det videnskabelige tidsskrift Jord- og videnskabsplanetbrev. Undersøgelsen blev ledet af Seth A. Jacobson fra Northwestern University og omfattede medlemmer fra Observatoriet de la Côte d’Azur, University of Bayreuth, Tokyo Institute of Technology og Carnegie Institution of Washington.
Af hensyn til deres undersøgelse begyndte Jacobson og hans kolleger at overveje, hvordan de jordiske planeter dannes i første omgang. I henhold til de mest accepterede modeller af planetdannelse dannes jordbaserede planeter ikke i et enkelt trin, men ud fra en række tiltrædelsesbegivenheder, der er kendetegnet ved kollisioner med planetesimaler og planetembryoer - hvoraf de fleste har deres egne kerner.
Nylige undersøgelser af mineraltrykfysik med højt tryk og om kredsløbsdynamik har også indikeret, at planetariske kerner udvikler en lagdelt struktur, når de akkrediterer. Årsagen hertil har at gøre med, hvordan en højere overflod af lette elementer inkorporeres i flydende metal under processen, som derefter ville synke og danne klodens kerne, når temperaturer og tryk steg.
En sådan stratificeret kerne ville være ude af stand til konvektion, hvilket antages at være det, der tillader Jordens magnetfelt. Hvad mere er, sådanne modeller er uforenelige med seismologiske undersøgelser, der indikerer, at Jordens kerne for det meste består af jern og nikkel, mens ca. 10% af dens vægt består af lette elementer - såsom silicium, ilt, svovl og andre. Den ydre kerne er på samme måde homogen og sammensat af stort set de samme elementer.
Som Dr. Jacobson forklarede til Space Magazine via e-mail:
”De jordiske planeter voksede ud fra en række af akkretionære (påvirknings) begivenheder, så kernen voksede også på flere etaper. Multi-trins kernedannelse skaber en lagdelt stabilt lagdelt densitetsstruktur i kernen, fordi lette elementer i stigende grad indarbejdes i senere kernetilsætninger. Lette elementer som O, Si og S fordeles i stigende grad i kernedannende væsker under kernedannelse, når tryk og temperaturer er højere, så senere kernedannende begivenheder inkorporerer flere af disse elementer i kernen, fordi Jorden er større, og tryk og temperaturer er derfor højere .
”Dette skaber en stabil lagdeling, der forhindrer en langvarig geodynamo og et planetarisk magnetfelt. Dette er vores hypotese for Venus. I tilfælde af Jorden synes vi, at den månedannende påvirkning var voldelig nok til mekanisk at blande jordens kerne og tillade en langvarig geodynamo at generere dagens planetariske magnetfelt. ”
For at tilføje denne forvirringstilstand er der foretaget paleomagnetiske undersøgelser, der tyder på, at Jordens magnetfelt har eksisteret i mindst 4,2 milliarder år (ca. 340 millioner år efter dannelsen). Som sådan opstår spørgsmålet naturligvis, hvad der kan redegøres for den aktuelle konvektionstilstand, og hvordan den blev til. Af hensyn til deres undersøgelse overvejede Jacobson og hans team muligheden for, at en massiv indvirkning kunne forklare dette. Som Jacobson antydede:
”Energiske påvirkninger blander kernen mekanisk og kan ødelægge stabil lagdeling. Stabil lagdeling forhindrer konvektion, som hæmmer en geodynamo. Fjernelse af lagdelingen gør det muligt for dynamoen at fungere. ”
Grundlæggende ville energien fra denne påvirkning have rykket kernen op og skabt en enkelt homogen region, inden for hvilken en langvarig geodynamo kunne fungere. I betragtning af Jordens magnetiske feltalder stemmer dette overens med Theia-påvirkningsteorien, hvor et objekt i Mars-størrelse antages at have kollideret med Jorden for 4,51 milliarder år siden og ført til dannelsen af Earth-Moon-systemet.
Denne påvirkning kunne have fået Jordens kerne til at gå fra at være lagdelt til homogen, og i løbet af de næste 300 millioner år kunne tryk og temperaturforhold have fået den til at skelne mellem en fast indre kerne og flydende ydre kerne. Takket være rotation i den ydre kerne var resultatet en dynamoeffekt, der beskyttede vores atmosfære, da den dannede sig.
Frøene fra denne teori blev præsenteret sidste år på den 47. Lunar and Planetary Science Conference i The Woodlands, Texas. Under en præsentation med titlen "Dynamisk blanding af planetariske kerner af gigantiske virkninger" dr. Miki Nakajima fra Caltech - en af medforfatterne til denne seneste undersøgelse - og David J. Stevenson fra Carnegie-institutionen i Washington. På det tidspunkt indikerede de, at stratificeringen af Jordens kerne muligvis er blevet nulstillet af den samme påvirkning, som dannede Månen.
Det var Nakajima og Stevensons undersøgelse, der viste, hvordan de mest voldsomme påvirkninger kunne omrøre planetenes kerne sent i deres akkretion. Baseret på dette anvendte Jacobson og de andre medforfattere modeller af, hvordan Jorden og Venus hævede sig fra en disk med faste stoffer og gas omkring en proto-Sun. De anvendte også beregninger af, hvordan Jorden og Venus voksede, baseret på kemi af mantelen og kernen på hver planet gennem hver tiltrædelsesbegivenhed.
Betydningen af denne undersøgelse, hvad angår hvordan den har relation til jordens udvikling og livets fremkomst, kan ikke undervurderes. Hvis Jordens magnetosfære er resultatet af en sen energisk påvirkning, kan sådanne påvirkninger meget vel være forskellen mellem vores planet at være beboelig eller være enten for kold og tør (som Mars) eller for varm og helvede (som Venus). Som Jacobson konkluderede:
”Planetmagnetiske felter beskytter planeter og liv på planeten mod skadelig kosmisk stråling. Hvis en sen, voldelig og gigantisk påvirkning er nødvendig for et planetarisk magnetfelt, kan en sådan påvirkning være nødvendig for livet. ”
Ser vi ud over vores solsystem, har dette papir også konsekvenser i studiet af ekstrasolplaneter. Også her kan forskellen mellem en planet, der er beboelig eller ej, komme ned på, at højenergipåvirkninger er en del af systemets tidlige historie. I fremtiden, når man studerer planter uden solenergi og ser efter tegn på beboelsesevne, kan forskere meget vel blive tvunget til at stille et enkelt spørgsmål: ”Blev det hårdt ramt?”
