Близость к магнитному полю Солнца определяет состав каменистых планет

Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс) подразделяются на три слоя: металлическое ядро, силикатную оболочку (мантия и кора) и летучую оболочку из газов, льда и, для Земли, жидкую воду.

Каждый слой имеет различные доминирующие элементы (например, увеличение содержания железа с глубиной и увеличение содержания кислорода на поверхности). Профессор Университета Мэриленда Уильям Макдонаф и доктор Такаши Йошизаки из Университета Тохоку разработали модель, показывающую, что плотность, масса и содержание железа в ядре скалистой планеты зависят от ее удаленности от магнитного поля Солнца.

Новая модель показывает, что во время раннего формирования нашей Солнечной системы, когда молодое Солнце было окружено облаком пыли и газа, частицы железа притягивались к центру магнитным полем Солнца.

Когда планеты начали формироваться из сгустков этой пыли и газа, планеты, расположенные ближе к Солнцу, содержали больше железа в своих ядрах, чем те, что находились дальше.

Исследователи обнаружили, что плотность и доля железа в ядре скалистой планеты коррелирует с силой магнитного поля вокруг Солнца во время формирования планеты.

Их исследование предполагает, что в будущих попытках описать состав каменистых планет, в том числе за пределами нашей Солнечной системы, следует учитывать магнетизм.

Состав ядра планеты важен для его способности поддерживать жизнь. На Земле, например, ядро ​​из расплавленного железа создает магнитосферу, которая защищает планету от космических лучей.

Ядро также содержит большую часть фосфора на планете, который является важным питательным веществом для поддержания жизни на основе углерода.

Используя существующие модели формирования планет, ученые определили скорость, с которой газ и пыль втягивались в центр нашей Солнечной системы во время ее формирования.

Они учли магнитное поле, которое было бы создано Солнцем, когда оно возникло, и рассчитали, как это магнитное поле будет втягивать железо через облако пыли и газа.

Когда ранняя Солнечная система начала остывать, пыль и газ, которые не были втянуты в Солнце, начали слипаться.

Сгустки, расположенные ближе к Солнцу, подвергались бы воздействию более сильного магнитного поля и, таким образом, содержали бы больше железа, чем те, что находились дальше от Солнца.

Когда сгустки сливались и охлаждались во вращающиеся планеты, гравитационные силы втягивали железо в их ядро.

Когда ученые включили свою модель в расчеты образования планет, они выявили градиент содержания металлов и плотности, который полностью соответствует тому, что ученые знают о планетах в нашей Солнечной системе.

У Меркурия есть металлическое ядро, которое составляет около трех четвертей его массы. Ядра Земли и Венеры составляют лишь около одной трети своей массы, а Марс, самая удаленная из каменистых планет, имеет небольшое ядро, которое составляет лишь около четверти его массы.

Это новое понимание роли магнетизма в формировании планет создает поворот в изучении экзопланет, поскольку в настоящее время не существует метода определения магнитных свойств звезды на основе наблюдений с Земли.

«Атрибуты нашей Солнечной системы могут быть в равной степени применимы к экзопланетным системам», — сказали исследователи.

«Вполне вероятно, что устойчивость жизни в решающей степени зависит от расположения в зоне Златовласки и наличия нужного количества металлического ядра, которое содержит соответствующее количество легкого элемента и не остывает слишком быстро».

Работа была опубликована в журнале Progress in Earth and Planetary Science.