Una nueva investigación de la Universidad de Maryland muestra que la proximidad del campo magnético del sol determina la composición interior de un planeta.

Un nuevo estudio desafía la hipótesis predominante de por qué Mercurio tiene un núcleo grande en relación con su manto (la capa entre el núcleo y la corteza de un planeta). Durante décadas, los científicos han argumentado que las colisiones con otros cuerpos durante la formación de nuestro sistema solar lavaron gran parte del manto rocoso de Mercurio y dejaron el gran y denso núcleo de metal en su interior. Pero una nueva investigación muestra que las colisiones no son las culpables, sino el magnetismo del sol.

William McDonough, profesor de geología en la Universidad de Maryland, y Takashi Yoshizaki de la Universidad de Tohoku desarrollaron un modelo que muestra que la densidad, la masa y el contenido de hierro del núcleo de un planeta rocoso están influenciados por su distancia relativa al campo magnético del sol. El artículo que describe el modelo fue publicado el 2 de julio de 2021 en la revista Avances en ciencias terrestres y planetarias.

“Los cuatro planetas interiores de nuestro sistema solar, Mercurio, Venus, Tierra y Marte, están formados por diferentes proporciones de metal y roca”, dijo McDonough. “Hay un gradiente en el que el contenido de metal del núcleo disminuye a medida que los planetas se alejan del sol. Nuestro artículo explica cómo sucedió esto al mostrar que la distribución de materias primas en el sistema solar de formación temprana estaba controlada por el campo magnético del sol.

McDonough desarrolló previamente un modelo para la composición de la Tierra que es comúnmente utilizado por los planetólogos para determinar la composición de los exoplanetas. (Su artículo fundamental sobre este trabajo ha sido citado más de 8.000 veces).

El nuevo modelo de McDonough muestra que al comienzo de la formación de nuestro sistema solar, cuando el joven sol estaba rodeado por una nube arremolinada de polvo y gas, el campo magnético del sol atraía granos de hierro hacia el centro. Cuando los planetas comenzaron a formarse a partir de cúmulos de este polvo y gas, los planetas más cercanos al sol incorporaron más hierro en sus núcleos que los que estaban más lejos.

Los investigadores han descubierto que la densidad y la proporción de hierro en el núcleo de un planeta rocoso se correlaciona con la fuerza del campo magnético alrededor del sol durante la formación planetaria. Su nuevo estudio sugiere que el magnetismo debe tenerse en cuenta en los intentos futuros de describir la composición de los planetas rocosos, incluidos los que están fuera de nuestro sistema solar.

La composición del núcleo de un planeta es importante por su potencial de sustentar la vida. En la Tierra, por ejemplo, un núcleo de hierro fundido crea una magnetosfera que protege al planeta de los rayos cósmicos cancerígenos. El núcleo también contiene la mayor parte del fósforo del planeta, que es un nutriente importante para sustentar la vida basada en el carbono.

Utilizando modelos existentes de formación planetaria, McDonough determinó la velocidad a la que el gas y el polvo se dirigían al centro de nuestro sistema solar durante su formación. Tomó en cuenta el campo magnético que habría generado el sol cuando apareció y calculó cómo este campo magnético atraería el hierro a través de la nube de polvo y gas.

A medida que el sistema solar temprano comenzó a enfriarse, el polvo y el gas que no eran atraídos por el sol comenzaron a agruparse. Los mechones más cercanos al sol habrían estado expuestos a un campo magnético más fuerte y, por lo tanto, contienen más hierro que los más alejados del sol. A medida que los cúmulos se fusionaron y se enfriaron en planetas giratorios, las fuerzas gravitacionales empujaron el hierro hacia su núcleo.

Cuando McDonough incorporó este modelo en los cálculos de formación planetaria, reveló un gradiente de contenido y densidad de metal que coincide perfectamente con lo que los científicos saben sobre los planetas de nuestro sistema solar. Mercurio tiene un núcleo metálico que constituye aproximadamente las tres cuartas partes de su masa. Los núcleos de la Tierra y Venus tienen solo alrededor de un tercio de su masa, y Marte, el más distante de los planetas rocosos, tiene un núcleo pequeño que es solo aproximadamente una cuarta parte de su masa.

Esta nueva comprensión del papel que juega el magnetismo en la formación planetaria crea un problema en el estudio de exoplanetas, ya que actualmente no existe un método para determinar las propiedades magnéticas de una estrella a partir de observaciones terrestres. Los científicos deducen la composición de un exoplaneta basándose en el espectro de luz que irradia su sol. Los diferentes elementos de una estrella emiten radiación en diferentes longitudes de onda, por lo que la medición de esas longitudes de onda revela de qué están hechos la estrella y posiblemente los planetas que la rodean.

“No puedes simplemente decir: ‘Oh, el maquillaje de una estrella ya se ve así, por lo que los planetas a su alrededor tienen que verse así”, dijo McDonough. “Ahora tienes que decir, ‘Cada planeta puede tener más o menos hierro dependiendo de las propiedades magnéticas de la estrella cuando el sistema solar comience a crecer. «

Los próximos pasos en este trabajo serán que los científicos encuentren otro sistema planetario como el nuestro, un sistema con planetas rocosos esparcidos a grandes distancias de su sol central. Si la densidad de los planetas disminuye cuando irradian desde el sol como en nuestro sistema solar, los investigadores podrían confirmar esta nueva teoría y deducir que un campo magnético influyó en la formación planetaria.

Referencia: «Composiciones de planetas terrestres controladas por el campo magnético del disco de acreción» por William F. McDonough y Takashi Yoshizaki, 2 de julio de 2021, Avances en ciencias terrestres y planetarias.
DOI: 10.1186 / s40645-021-00429-4