De nouvelles recherches montrent que le champ magnétique du soleil dirige le fer vers le centre de notre système solaire au fur et à mesure que les planètes se forment. Cela explique pourquoi Mercure, qui est la plus proche du Soleil, a un noyau de fer plus gros et plus dense par rapport à ses couches externes que d’autres planètes rocheuses telles que la Terre et Mars. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
De nouvelles recherches de l’Université du Maryland montrent que la proximité du champ magnétique du Soleil détermine la structure interne de la planète.
Une nouvelle étude contredit l’hypothèse dominante sur la raison pour laquelle Mercure a un noyau important par rapport à son atmosphère (la couche entre le noyau et la croûte de la planète). Pendant des décennies, les scientifiques ont soutenu que les collisions avec d’autres corps pendant la formation de notre système solaire ont emporté une grande partie du manteau rocheux de Mercure et laissé le noyau minéral dense et volumineux à l’intérieur. Mais de nouvelles recherches révèlent que les collisions ne sont pas à blâmer – le magnétisme du Soleil est à blâmer.
William McDonough, professeur de géologie à l’Université du Maryland, et Takashi Yoshizaki de l’Université de Tohoku ont développé un modèle qui montre que la densité, la masse et la teneur en fer du noyau d’une planète rocheuse sont affectées par sa distance par rapport au champ magnétique du Soleil. L’article décrivant le modèle a été publié le 2 juillet 2021 dans la revue Avancées des sciences de la Terre et des planètes.
« Les quatre planètes intérieures de notre système solaire – Mercure, Vénus, Terre et Mars – sont constituées de différentes proportions de métal et de roche », a déclaré McDonough. « Il existe un gradient dans lequel la teneur en minéraux du noyau diminue à mesure que les planètes s’éloignent du soleil. Notre article explique comment cela s’est produit en montrant que la distribution des matières premières dans le système solaire primitif était contrôlée par le champ magnétique du soleil. «
McDonough a précédemment développé un modèle de formation de la Terre que les planétologues utilisent couramment pour déterminer la composition des exoplanètes. (Son article fondateur sur ce travail a été cité plus de 8000 fois.)
Le nouveau modèle de McDonough montre qu’au début de la formation de notre système solaire, lorsque le jeune soleil était entouré d’un nuage tourbillonnant de poussière et de gaz, les grains de fer étaient attirés vers le centre par le champ magnétique du soleil. Lorsque les planètes ont commencé à se former à partir d’amas de cette poussière et de ce gaz, les planètes plus proches du soleil ont fusionné plus de fer dans leur noyau que celles plus éloignées.
Les chercheurs ont découvert que la densité et le pourcentage de fer dans le noyau d’une planète rocheuse sont en corrélation avec la force du champ magnétique autour du Soleil lors de la formation de la planète. Leur nouvelle étude suggère que le magnétisme devrait être pris en compte dans les futures tentatives pour décrire la formation de planètes rocheuses, y compris celles en dehors de notre système solaire.
La composition du noyau de la planète est importante pour sa capacité à soutenir la vie. Sur Terre, par exemple, un noyau de fer en fusion crée une magnétosphère qui protège la planète des rayons cosmiques cancérigènes. La pulpe contient également la majorité du phosphore trouvé sur la planète, un nutriment important pour maintenir la vie à base de carbone.
À l’aide des modèles actuels de formation des planètes, McDonough a déterminé la vitesse à laquelle le gaz et la poussière sont attirés au centre de notre système solaire lors de sa formation. Il a pris en compte le champ magnétique que le Soleil aurait généré lorsqu’il a explosé et a calculé comment ce champ magnétique tirerait le fer à travers le nuage de poussière et de gaz.
Alors que le premier système solaire commençait à se refroidir, la poussière et le gaz qui n’avaient pas été attirés par le soleil ont commencé à s’agglomérer. Les masses plus proches du soleil peuvent être exposées à un champ magnétique plus fort et contiendront donc plus de fer que celles plus éloignées du soleil. Au fur et à mesure que les amas fusionnent et se refroidissent en planètes en rotation, les forces gravitationnelles attirent le fer dans leur noyau.
Lorsque McDonough a incorporé ce modèle dans ses calculs de formation planétaire, il a révélé un gradient de teneur en minéraux et de densité qui correspond parfaitement à ce que les scientifiques savent des planètes de notre système solaire. Mercure a un noyau métallique qui représente environ les trois quarts de sa masse. Les noyaux de la Terre et de Vénus ne représentent qu’un tiers de leur masse, et Mars, la plus éloignée des planètes rocheuses, possède un petit noyau qui ne dépasse pas le quart de sa masse.
Cette nouvelle compréhension du rôle que joue le magnétisme dans la formation des planètes crée un obstacle dans l’étude des exoplanètes, car il n’existe actuellement aucun moyen de déterminer les propriétés magnétiques d’une étoile à partir d’observations terrestres. Les scientifiques déduisent la composition d’une exoplanète à partir du spectre de lumière émis par son soleil. Différents éléments d’une étoile émettent un rayonnement de différentes longueurs d’onde, donc mesurer ces longueurs d’onde révèle de quoi est faite l’étoile et probablement les planètes qui l’entourent.
« Vous ne pouvez plus simplement dire: » Oh, la composition de l’étoile ressemble à ceci « , donc les planètes autour d’elle devraient ressembler à ceci », a déclaré McDonough. « Maintenant, vous devez dire: » Chaque planète peut avoir plus ou moins fer basé sur les propriétés magnétiques d’une étoile au début de la croissance du système solaire.
Les prochaines étapes de ce travail consistent pour les scientifiques à trouver un autre système planétaire comme le nôtre – un avec des planètes rocheuses dispersées à de grandes distances du soleil central. Si la densité des planètes diminue lorsqu’elles s’éloignent du soleil comme dans notre système solaire, les chercheurs pourraient confirmer cette nouvelle théorie et conclure que le champ magnétique a affecté la formation des planètes.
Référence : « Terrestrial planetary compositions contrôlées par le champ magnétique du disque d’accrétion » par William F. McDonough et Takashi Yoshizaki, 2 juillet 2021 Disponible ici Avancées des sciences de la Terre et des planètes.
DOI : 10.1186 / s40645-021-00429-4
