Une nouvelle étude conteste l'hypothèse dominante sur la raison pour laquelle Mercure a un gros noyau par rapport à son manteau (la couche entre le noyau et la croûte d'une planète). Depuis des décennies, les scientifiques ont fait valoir 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 grand, dense, noyau métallique à l'intérieur. Mais de nouvelles recherches révèlent que les collisions ne sont pas à blâmer - le magnétisme du soleil l'est.

William McDonough, professeur de géologie à l'Université du Maryland, et Takashi Yoshizaki de l'Université de Tohoku ont développé un modèle montrant que la densité, la masse et la teneur en fer du noyau d'une planète rocheuse sont influencées 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 Progrès en sciences de la Terre et des planètes .

"Les quatre planètes intérieures de notre système solaire—Mercure, Vénus, La Terre et Mars sont constitués de proportions différentes de métal et de roche, " a déclaré McDonough. "Il existe un gradient dans lequel la teneur en métal 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 en formation précoce était contrôlée par le champ magnétique du soleil."

McDonough a précédemment développé un modèle pour la composition de la Terre qui est couramment utilisé par les planétologues pour déterminer la composition des exoplanètes. (Son article fondateur sur ce travail a été cité plus de 8, 000 fois.)

Le nouveau modèle de McDonough montre que lors de la formation précoce de notre système solaire, quand 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 incorporaient plus de fer dans leur noyau que celles plus éloignées.

Les chercheurs ont découvert que la densité et la proportion de fer dans le noyau d'une planète rocheuse sont en corrélation avec la force du champ magnétique autour du soleil pendant la formation planétaire. Leur nouvelle étude suggère que le magnétisme devrait être pris en compte dans les futures tentatives pour décrire la composition des planètes rocheuses, y compris ceux en dehors de notre système solaire.

La composition du noyau d'une planète est importante pour son potentiel 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. Le noyau contient également la majorité du phosphore de la planète, qui est un nutriment important pour le maintien de la vie à base de carbone.

En utilisant les modèles existants de formation planétaire, McDonough a déterminé la vitesse à laquelle le gaz et la poussière ont été attirés au centre de notre système solaire lors de sa formation. Il a pris en compte le champ magnétique qui aurait été généré par le soleil lors de son apparition et a calculé comment ce champ magnétique attirerait le fer à travers le nuage de poussière et de gaz.

Alors que le système solaire primitif commençait à se refroidir, la poussière et le gaz qui n'étaient pas attirés par le soleil ont commencé à s'agglutiner. Les touffes les plus proches du soleil auraient été exposées à un champ magnétique plus puissant et contiendraient donc plus de fer que celles les plus éloignées du soleil. Alors que les touffes se sont fusionnées et se sont refroidies en planètes en rotation, les forces gravitationnelles ont attiré le fer dans leur noyau.

Lorsque McDonough a incorporé ce modèle dans les calculs de la formation planétaire, il a révélé un gradient de teneur en métal 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'environ un tiers de leur masse, et Mars, la plus éloignée des planètes rocheuses, a un petit noyau qui ne représente qu'environ un quart de sa masse.

Cette nouvelle compréhension du rôle que joue le magnétisme dans la formation planétaire crée un problème dans l'étude des exoplanètes, car il n'existe actuellement aucune méthode pour déterminer les propriétés magnétiques d'une étoile à partir d'observations terrestres. Les scientifiques déduisent la composition d'une exoplanète en se basant sur le spectre de la lumière rayonnée par son soleil. Différents éléments d'une étoile émettent un rayonnement dans différentes longueurs d'onde, donc mesurer ces longueurs d'onde révèle ce que l'étoile, et probablement les planètes qui l'entourent, sont réalisées en.

"Vous ne pouvez plus simplement dire, 'Oh, la composition d'une étoile ressemble à ceci, donc les planètes qui l'entourent doivent ressembler à ça, ' », a déclaré McDonough. « Maintenant, vous devez dire, « Chaque planète pourrait avoir plus ou moins de fer en fonction des propriétés magnétiques de l'étoile au début de la croissance du système solaire. »

Les prochaines étapes de ce travail consisteront pour les scientifiques à trouver un autre système planétaire comme le nôtre, un système avec des planètes rocheuses réparties sur de grandes distances par rapport à leur soleil central. Si la densité des planètes diminue lorsqu'elles rayonnent du soleil comme c'est le cas dans notre système solaire, les chercheurs ont pu confirmer cette nouvelle théorie et en déduire qu'un champ magnétique a influencé la formation planétaire.

Le document de recherche, "Compositions de planètes terrestres contrôlées par le champ magnétique du disque d'accrétion, " McDonough, W. F. et Yoshizaki, T., a été publié le 2 juillet 2021, dans la revue Progrès en sciences de la Terre et des planètes .