Pour de nombreuses raisons, Vénus est parfois appelée « jumelle de la Terre » (ou « planète sœur, " selon qui vous demandez). Comme la Terre, il est de nature terrestre (c'est-à-dire rocheux), composé de minéraux et de métaux silicatés qui se différencient entre un noyau fer-nickel et un manteau et une croûte de silicate. Mais quand il s'agit de leurs atmosphères et champs magnétiques respectifs, nos deux planètes ne pourraient pas être plus différentes.

Pour quelques temps, les astronomes ont eu du mal à expliquer pourquoi la Terre a un champ magnétique (ce qui lui permet de conserver une atmosphère épaisse) et pas Vénus. Selon une nouvelle étude menée par une équipe internationale de scientifiques, cela peut avoir quelque chose à voir avec un impact massif qui s'est produit dans le passé. Puisque Vénus semble n'avoir jamais subi un tel impact, il n'a jamais développé la dynamo nécessaire pour générer un champ magnétique.

L'étude, intitulé "Formation, stratification, et le mélange des noyaux de la Terre et de Vénus, " récemment paru dans la revue scientifique Lettres planétaires de la Terre et de la science . L'étude a été dirigée par Seth A. Jacobson de la Northwestern University, et inclus des membres de l'Observatoire de la Côte d'Azur, l'Université de Bayreuth, l'Institut de technologie de Tokyo, et la Carnegie Institution de Washington.

Pour le plaisir de leur étude, Jacobson et ses collègues ont commencé à examiner comment les planètes terrestres se forment en premier lieu. Selon les modèles de formation des planètes les plus largement acceptés, les planètes telluriques ne se forment pas en une seule étape, mais d'une série d'événements d'accrétion caractérisés par des collisions avec des planétésimaux et des embryons planétaires – dont la plupart ont leurs propres noyaux.

Des études récentes sur la physique des minéraux à haute pression et sur la dynamique orbitale ont également indiqué que les noyaux planétaires développent une structure stratifiée au fur et à mesure qu'ils s'accumulent. La raison en est qu'une plus grande abondance d'éléments légers est incorporée dans le métal liquide au cours du processus, qui coulerait ensuite pour former le noyau de la planète à mesure que les températures et la pression augmenteraient.

Un tel noyau stratifié serait incapable de convection, qui est censé être ce qui permet le champ magnétique de la Terre. Quoi de plus, de tels modèles sont incompatibles avec les études sismologiques qui indiquent que le noyau de la Terre se compose principalement de fer et de nickel, tandis qu'environ 10 pour cent de son poids est composé d'éléments légers - tels que le silicium, oxygène, soufre, et d'autres. Son noyau externe est tout aussi homogène, et composé à peu près des mêmes éléments.

Comme le Dr Jacobson l'a expliqué à Universe Today par e-mail :

"Les planètes terrestres se sont développées à partir d'une séquence d'événements d'accrétion (impact), le noyau a donc également grandi en plusieurs étapes. La formation du noyau en plusieurs étapes crée une structure de densité stratifiée de manière stable dans le noyau, car des éléments légers sont de plus en plus incorporés dans les ajouts ultérieurs de noyau. Des éléments légers comme O, Si, et S se répartissent de plus en plus dans les liquides formant le noyau pendant la formation du noyau lorsque les pressions et les températures sont plus élevées, ainsi, les événements ultérieurs de formation du noyau incorporent davantage de ces éléments dans le noyau parce que la Terre est plus grande et que les pressions et les températures sont donc plus élevées.

"Cela établit une stratification stable qui empêche une géodynamo de longue durée et un champ magnétique planétaire. C'est notre hypothèse pour Vénus. Dans le cas de la Terre, nous pensons que l'impact de la formation de la lune a été suffisamment violent pour mélanger mécaniquement le noyau de la Terre et permettre à une géodynamo de longue durée de générer le champ magnétique planétaire actuel."

Pour ajouter à cet état de confusion, Des études paléomagnétiques ont été menées qui indiquent que le champ magnétique terrestre existe depuis au moins 4,2 milliards d'années (environ 340 millions d'années après sa formation). En tant que tel, la question se pose naturellement de savoir ce qui pourrait expliquer l'état actuel de convection et comment il s'est produit. Pour le plaisir de leur étude, Jacobson et son équipe envisagent la possibilité qu'un impact massif puisse expliquer cela. Jacobson a indiqué :

"Les impacts énergétiques mélangent mécaniquement le noyau et peuvent ainsi détruire la stratification stable. La stratification stable empêche la convection qui inhibe une géodynamo. La suppression de la stratification permet à la dynamo de fonctionner."

Essentiellement, l'énergie de cet impact aurait secoué le noyau, créant une seule région homogène au sein de laquelle une géodynamo durable pourrait opérer. Étant donné l'âge du champ magnétique terrestre, ceci est cohérent avec la théorie de l'impact de Theia, où un objet de la taille de Mars serait entré en collision avec la Terre il y a 4,51 milliards d'années et aurait conduit à la formation du système Terre-Lune.

Cet impact aurait pu faire passer le noyau de la Terre de stratifié à homogène, et au cours des 300 prochains millions d'années, les conditions de pression et de température auraient pu l'amener à faire la différence entre un noyau interne solide et un noyau externe liquide. Grâce à la rotation dans le noyau externe, le résultat était un effet dynamo qui protégeait notre atmosphère au fur et à mesure qu'elle se formait.

Les graines de cette théorie ont été présentées l'année dernière à la 47e Conférence sur les sciences lunaires et planétaires à The Woodlands, Texas. Lors d'une présentation intitulée « Mélange dynamique des noyaux planétaires par des impacts géants, " Le Dr Miki Nakajima de Caltech – l'un des co-auteurs de cette dernière étude – et David J. Stevenson de la Carnegie Institution de Washington. À l'époque, ils ont indiqué que la stratification du noyau de la Terre peut avoir été réinitialisée par le même impact qui a formé la lune.

C'est l'étude de Nakajima et Stevenson qui a montré comment les impacts les plus violents pouvaient remuer le noyau des planètes à la fin de leur accrétion. En s'appuyant sur cela, Jacobson et les autres co-auteurs ont appliqué des modèles de la façon dont la Terre et Vénus se sont accumulées à partir d'un disque de solides et de gaz autour d'un proto-soleil. Ils ont également appliqué des calculs sur la croissance de la Terre et de Vénus, basé sur la chimie du manteau et du noyau de chaque planète à travers chaque événement d'accrétion.

L'importance de cette étude, en termes de relation avec l'évolution de la Terre et l'émergence de la vie, ne peut pas être sous-estimé. Si la magnétosphère terrestre est le résultat d'un impact énergétique tardif, alors de tels impacts pourraient très bien faire la différence entre notre planète habitable ou trop froide et aride (comme Mars) ou trop chaude et infernale (comme Vénus). Comme Jacobson a conclu :

"Les champs magnétiques planétaires protègent les planètes et la vie sur la planète des rayonnements cosmiques nocifs. Si tard, un impact violent et géant est nécessaire pour un champ magnétique planétaire alors un tel impact peut être nécessaire pour la vie."

Au-delà de notre système solaire, cet article a également des implications dans l'étude des planètes extra-solaires. Ici aussi, la différence entre une planète habitable ou non peut se résumer à des impacts à haute énergie faisant partie de l'histoire du système. À l'avenir, lors de l'étude des planètes extra-solaires et de la recherche de signes d'habitabilité, les scientifiques peuvent très bien être contraints de se poser une question simple :« A-t-il été suffisamment touché ?