Por muchas razones, Venus a veces se conoce como "gemelo de la Tierra" (o "Planeta Hermana", dependiendo de a quién le pregunte). Al igual que la Tierra, es de naturaleza terrestre (es decir, rocosa), compuesta de minerales de silicato y metales que se diferencian entre un núcleo de hierro-níquel y un manto y corteza de silicato. Pero cuando se trata de sus respectivas atmósferas y campos magnéticos, nuestros dos planetas no podrían ser más diferentes.
Durante algún tiempo, los astrónomos han luchado por responder por qué la Tierra tiene un campo magnético (que le permite retener una atmósfera espesa) y Venus no. Según un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de científicos, puede tener algo que ver con un impacto masivo que ocurrió en el pasado. Como Venus parece no haber sufrido nunca tal impacto, nunca desarrolló la dinamo necesaria para generar un campo magnético.
El estudio, titulado "Formación, estratificación y mezcla de los núcleos de la Tierra y Venus", apareció recientemente en la revista científica. Cartas Planetarias de la Tierra y la Ciencia. El estudio fue dirigido por Seth A. Jacobson, de la Universidad Northwestern, e incluyó miembros del Observatorio de la Costa Azul, la Universidad de Bayreuth, el Instituto de Tecnología de Tokio y la Institución Carnegie de Washington.
Por el bien de su estudio, Jacobson y sus colegas comenzaron a considerar cómo se forman los planetas terrestres en primer lugar. Según los modelos de formación planetaria más aceptados, los planetas terrestres no se forman en una sola etapa, sino a partir de una serie de eventos de acreción caracterizados por colisiones con planetesimales y embriones planetarios, la mayoría de los cuales tienen núcleos propios.
Estudios recientes sobre física mineral de alta presión y sobre dinámica orbital también han indicado que los núcleos planetarios desarrollan una estructura estratificada a medida que aumentan. La razón de esto tiene que ver con cómo se incorpora una mayor abundancia de elementos ligeros con metal líquido durante el proceso, que luego se hundiría para formar el núcleo del planeta a medida que aumentan las temperaturas y la presión.
Tal núcleo estratificado sería incapaz de convección, lo que se cree que es lo que permite el campo magnético de la Tierra. Además, estos modelos son incompatibles con los estudios sismológicos que indican que el núcleo de la Tierra está compuesto principalmente de hierro y níquel, mientras que aproximadamente el 10% de su peso está formado por elementos ligeros, como silicio, oxígeno, azufre y otros. Su núcleo externo es similarmente homogéneo y está compuesto de elementos muy similares.
Como el Dr. Jacobson explicó a Space Magazine por correo electrónico:
“Los planetas terrestres crecieron a partir de una secuencia de eventos acumulativos (de impacto), por lo que el núcleo también creció en varias etapas. La formación de núcleos de múltiples etapas crea una estructura de densidad estratificada estable en capas en el núcleo porque los elementos ligeros se incorporan cada vez más en adiciones de núcleo posteriores. Los elementos ligeros como O, Si y S se dividen cada vez más en líquidos formadores de núcleos durante la formación del núcleo cuando las presiones y temperaturas son más altas, por lo que los eventos posteriores de formación de núcleos incorporan más de estos elementos en el núcleo porque la Tierra es más grande y, por lo tanto, las presiones y temperaturas son más altas .
“Esto establece una estratificación estable que evita un geodinamo de larga duración y un campo magnético planetario. Esta es nuestra hipótesis para Venus. En el caso de la Tierra, creemos que el impacto de la formación de la Luna fue lo suficientemente violento como para mezclar mecánicamente el núcleo de la Tierra y permitir que un geodinamo de larga duración genere el campo magnético planetario actual ".
Para agregar a este estado de confusión, se han realizado estudios paleomagnéticos que indican que el campo magnético de la Tierra ha existido durante al menos 4.200 millones de años (aproximadamente 340 millones de años después de que se formó). Como tal, surge naturalmente la pregunta de qué podría explicar el estado actual de convección y cómo se produjo. Por el bien de su estudio, Jacobson y su equipo consideraron la posibilidad de que un impacto masivo pudiera explicar esto. Como Jacobson indicó:
“Los impactos energéticos mezclan mecánicamente el núcleo y pueden destruir la estratificación estable. La estratificación estable evita la convección que inhibe un geodinamo. Eliminar la estratificación permite que la dinamo funcione ”.
Básicamente, la energía de este impacto habría sacudido el núcleo, creando una única región homogénea dentro de la cual podría funcionar un geodinamo de larga duración. Dada la edad del campo magnético de la Tierra, esto es consistente con la teoría del impacto Theia, donde se cree que un objeto del tamaño de Marte colisionó con la Tierra hace 4.51 mil millones de años y condujo a la formación del sistema Tierra-Luna.
Este impacto podría haber causado que el núcleo de la Tierra pasara de ser estratificado a homogéneo, y en el transcurso de los próximos 300 millones de años, las condiciones de presión y temperatura podrían haber hecho que diferenciara entre un núcleo interno sólido y un núcleo externo líquido. Gracias a la rotación en el núcleo externo, el resultado fue un efecto dinamo que protegió nuestra atmósfera mientras se formaba.
Las semillas de esta teoría se presentaron el año pasado en la 47ª Conferencia de Ciencia Lunar y Planetaria en The Woodlands, Texas. Durante una presentación titulada "Mezcla dinámica de núcleos planetarios por impactos gigantes", el Dr. Miki Nakajima de Caltech, uno de los coautores de este último estudio, y David J. Stevenson de la Carnegie Institution de Washington. En ese momento, indicaron que la estratificación del núcleo de la Tierra pudo haberse restablecido por el mismo impacto que formó la Luna.
Fue el estudio de Nakajima y Stevenson el que mostró cómo los impactos más violentos podrían agitar el núcleo de los planetas tarde en su acreción. Partiendo de esto, Jacobson y los otros coautores aplicaron modelos de cómo la Tierra y Venus se acumularon a partir de un disco de sólidos y gases alrededor de un proto-Sol. También aplicaron cálculos de cómo crecieron la Tierra y Venus, en función de la química del manto y el núcleo de cada planeta a través de cada evento de acreción.
La importancia de este estudio, en términos de cómo se relaciona con la evolución de la Tierra y el surgimiento de la vida, no puede ser subestimada. Si la magnetosfera de la Tierra es el resultado de un impacto energético tardío, entonces dichos impactos podrían ser la diferencia entre que nuestro planeta sea habitable o sea demasiado frío y árido (como Marte) o demasiado caliente e infernal (como Venus). Como Jacobson concluyó:
“Los campos magnéticos planetarios protegen los planetas y la vida en el planeta de la dañina radiación cósmica. Si un impacto tardío, violento y gigante es necesario para un campo magnético planetario, tal impacto puede ser necesario para la vida ".
Mirando más allá de nuestro Sistema Solar, este documento también tiene implicaciones en el estudio de planetas extrasolares. Aquí también, la diferencia entre que un planeta sea habitable o no puede reducirse a los impactos de alta energía que son parte de la historia temprana del sistema. En el futuro, cuando estudien planetas extrasolares y busquen signos de habitabilidad, los científicos podrían verse obligados a hacer una simple pregunta: "¿Fue lo suficientemente fuerte?"
