Tous les écoliers savent que la Terre a un champ magnétique - c'est ce qui fait que les boussoles s'alignent nord-sud et nous permet de naviguer dans les océans. Il protège également l'atmosphère, et donc la vie, du vent puissant du soleil.

Mais qu'en est-il des autres planètes semblables à la Terre dans la galaxie ? Ont-ils aussi des champs magnétiques pour protéger la vie émergente ?

Une nouvelle analyse examine un type d'exoplanète - des super-Terres jusqu'à cinq fois la taille de notre propre planète - et conclut qu'elles ont probablement un champ magnétique, mais une générée d'une manière totalement inédite :par les océans magmatiques des planètes.

La découverte surprenante que le barattage de la roche fondue lentement à la surface ou sous la surface peut générer un fort champ magnétique suggère également que dans les premières années de la Terre, quand c'était en grande partie un bloc de roche fondue, il avait également un champ magnétique généré par le magma. C'était en plus de son domaine actuel, qui est généré dans le noyau externe en fer liquide.

"C'est un nouveau régime pour la génération de champs magnétiques planétaires, " dit Burkhard Militzer, un professeur de science de la Terre et des planètes à l'UC Berkeley. "Notre champ magnétique sur Terre est généré dans le noyau de fer externe liquide. Sur Jupiter, il résulte de la convection de l'hydrogène métallique liquide. Sur Uranus et Neptune, il est supposé être généré dans les couches de glace. Maintenant, nous avons ajouté des roches en fusion à cette liste diversifiée de matériaux générateurs de champs. »

Le lien entre l'intérieur d'une planète et son champ magnétique fournit également aux astronomes un moyen de se renseigner sur la composition et l'âge des exoplanètes trop éloignées pour être visitées.

"C'est loin dans le futur, mais si quelqu'un fait une observation d'une exoplanète et trouve un champ magnétique, cela peut être une indication qu'il y a un océan de magma, même s'ils ne peuvent pas le voir directement, " a déclaré Militzer.

Les conclusions ont également des implications pour les chances de vie sur d'autres planètes. Alors que les océans de magma se refroidissent par le haut, une surface accueillante à la vie pourrait apparaître tandis que le manteau fondu continue de s'agiter.

"Un champ magnétique est utile pour protéger une atmosphère planétaire d'être emporté par les vents stellaires, " a déclaré l'ancien postdoctorant de l'UC Berkeley François Soubiran, actuellement à l'École Normale Supérieure de Lyon, La France. "La plupart des super-Terres que nous détectons maintenant sont très proches de leurs étoiles hôtes et exposées à des vents stellaires très forts. Ainsi, la possibilité pour un champ magnétique d'exister est certainement un élément clé de l'évolution de la planète et de son habitabilité."

Soubiran et Militzer ont publié leurs conclusions le 24 septembre dans le journal Communication Nature .

La dynamo interne de la Terre

Le champ magnétique de la Terre aujourd'hui est généré dans le noyau externe de fer en fusion, où des masses montantes et descendantes de fonte liquide électriquement conductrice, combiné avec la rotation de la planète, créer une dynamo et un champ magnétique persistant.

Mais la Terre rocheuse a fondu après sa formation initiale il y a 4,5 milliards d'années, et certaines couches peuvent être restées en fusion et en convection - comme de l'eau bouillante, seulement plus lentement - pendant des millions d'années après sa naissance. L'océan de magma à convection lente aurait-il pu générer un champ magnétique semblable à celui généré dans le noyau de fer aujourd'hui ?

La même question s'est posée après la découverte de super-Terres autour d'autres étoiles. Les Super-Terres sont si massives que leur intérieur, le manteau, devrait rester liquide et convectif pendant quelques milliards d'années après sa formation.

Dans les deux cas, le magma en ébullition lente sur une planète en rotation ne peut générer un champ magnétique puissant que si la roche liquide conduit l'électricité.

Personne ne savait si c'était vrai.

Les expériences sur les silicates – un terme désignant les milliers de minéraux à base de silicium qui composent l'intérieur rocheux de la Terre – aux températures et pressions élevées à l'intérieur d'une super-Terre sont difficiles. Même établir si une roche reste solide ou devient liquide n'est pas simple dans les conditions typiques des intérieurs planétaires :températures de 10, 000 Celsius et des pressions 10 millions de fois supérieures à celles de l'air qui nous entoure.

« Aux températures et pressions standard, les silicates sont complètement isolants; les électrons sont soit étroitement liés aux noyaux, soit ils sont dans des liaisons moléculaires et ne peuvent pas se déplacer librement et créer des courants électriques macroscopiques, " a déclaré Soubiran. " Même si la pression interne élevée aide à réduire les barrières pour les électrons de se déplacer, il n'était pas nécessairement évident que les silicates seraient conducteurs dans les super-Terres."

Mais Soubiran et Militzer avaient accès à des modèles informatiques de minéraux à l'échelle atomique qui leur permettaient de calculer la conductivité de, dans ce cas, quartz (dioxyde de silicium), la magnésie (oxyde de magnésium) et un oxyde de silicium-magnésium (post-pérovskite), qui sont tous communs dans les roches sur Terre, la lune et probablement toutes les planètes de notre système solaire.

Après avoir effectué de longs calculs pour chacun des trois, ils ont découvert que ces silicates deviennent modestement conducteurs lorsqu'ils passent de solide à liquide à des températures et des pressions élevées. Quand ils ont branché les conductivités dans des modèles de l'intérieur de la Terre, ils découvrirent que les roches étaient suffisamment conductrices pour entretenir une dynamo et donc un champ magnétique.

"Nos calculs ont montré que la structure désorganisée du liquide aidait les électrons à devenir conducteurs, " dit Soubiran. Silicates liquides à 10, 000 Celsius et 10 millions d'atmosphères de pression n'ont qu'environ un centième de la conductivité du fer liquide, par exemple.

Soubiran a noté que les planètes tournant avec une période de deux jours ou plus généreraient un champ magnétique semblable à la Terre :un champ dipolaire avec un nord et un sud clairs. Rotation plus lente, cependant, pourrait créer un champ plus désorganisé qui serait plus difficile à détecter de loin.

Bruce Buffett, un expert de l'UC Berkeley sur la dynamique de l'intérieur de la Terre qui n'était pas impliqué dans la recherche, a déclaré que les planètes ne peuvent générer des champs magnétiques que si elles ont le bon équilibre entre conductivité électrique et vitesse du fluide pour créer la rétroaction nécessaire au maintien d'un champ magnétique.

« L'attente de nombreux géophysiciens était que, au moins dans les conditions terrestres, la conductivité des silicates liquides entrerait davantage dans la catégorie de, bien, si tu avais vraiment, des mouvements fluides vraiment importants pour compenser une faible conductivité, vous pourriez avoir un champ magnétique, " a déclaré Buffett, professeur de sciences de la terre et des planètes. « Ceci est le premier calcul détaillé pour des conditions de température et de pression plus élevées, et il constate que les conductivités semblent être un peu plus élevées, donc les mouvements fluides dont vous auriez besoin pour que tout cela fonctionne sont peut-être un peu moins extrêmes. »