Um novo estudo contesta a hipótese prevalecente de por que Mercúrio tem um grande núcleo em relação ao seu manto. (A camada entre o núcleo e a crosta de um planeta).

Crédito: Universidade de Maryland

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Por décadas, os cientistas argumentaram que as colisões com outros corpos durante a formação do nosso sistema solar destruíram grande parte do manto rochoso de Mercúrio e deixaram um grande núcleo de metal denso em seu interior. Mas uma nova pesquisa revela que as colisões não são culpadas, e sim o magnetismo do sol.

William McDonough, professor de geologia da Universidade de Maryland, e Takashi Yoshizaki da Tohoku University desenvolveram um modelo que mostra que a densidade, a massa e o conteúdo de ferro do núcleo de um planeta rochoso são influenciados por sua distância do campo magnético solar. O artigo que descreve o modelo foi publicado em 2 de julho de 2021, na revista Progress in Earth and Planetary Science.

"Os quatro planetas internos de nosso sistema solar - Mercúrio, Vênus, Terra e Marte - são compostos de diferentes proporções de metal e rocha", disse McDonough. "Há um gradiente no qual o conteúdo de metal no núcleo diminui à medida que os planetas se distanciam do Sol. Nosso artigo explica como isso aconteceu, mostrando que a distribuição de matérias-primas no sistema solar em formação inicial era controlada pelo campo magnético do sol."

McDonough desenvolveu anteriormente um modelo para a composição da Terra que é comumente usados por cientistas planetários para determinar a composição de exoplanetas. (Seu artigo seminal sobre este trabalho foi citado mais de 8.000 vezes.)

O novo modelo de McDonough mostra que durante a formação inicial de nosso sistema solar, quando o jovem sol era cercado por uma nuvem de poeira e gás, grãos de ferro eram atraídos para o centro pelo campo magnético do sol. Quando os planetas começaram a se formar a partir de aglomerados de poeira e gás, os planetas mais próximos do Sol incorporaram mais ferro em seus núcleos do que os mais distantes.

Os pesquisadores descobriram que a densidade e proporção de ferro no núcleo de um planeta rochoso se correlacionam com a força do campo magnético ao redor do Sol durante a formação planetária. Seu novo estudo sugere que o magnetismo deve ser considerado em futuras tentativas de descrever a composição dos planetas rochosos, incluindo aqueles fora do nosso sistema solar.

A composição do núcleo de um planeta é importante por seu potencial de sustentar a vida. Na Terra, por exemplo, um núcleo de ferro fundido cria uma magnetosfera que protege o planeta dos raios cósmicos causadores de câncer. O núcleo também contém a maior parte do fósforo do planeta, que é um nutriente importante para sustentar a vida baseada no carbono.

Usando modelos existentes de formação planetária, McDonough determinou a velocidade com que o gás e a poeira eram puxados para o centro de nosso sistema solar durante sua formação. Ele considerou o campo magnético que teria sido gerado pelo sol quando surgiu e calculou como esse campo magnético atrairia o ferro através da poeira e da nuvem de gás.

À medida que o sistema solar inicial começou a esfriar, a poeira e o gás que não eram atraídos para o sol começaram a se aglomerar. Os aglomerados mais próximos do sol teriam sido expostos a um campo magnético mais forte e, portanto, conteriam mais ferro do que aqueles mais distantes do sol. À medida que os aglomerados se aglutinavam e se resfriavam em planetas giratórios, as forças gravitacionais atraíam o ferro para seu núcleo.

Quando McDonough incorporou esse modelo aos cálculos da formação planetária, ele revelou um gradiente no conteúdo e na densidade do metal que corresponde perfeitamente ao que os cientistas sabem sobre os planetas em nosso sistema solar. Mercúrio possui um núcleo metálico que constitui cerca de três quartos de sua massa. Os núcleos da Terra e de Vênus têm apenas cerca de um terço de sua massa, e Marte, o mais externo dos planetas rochosos, tem um pequeno núcleo que tem apenas cerca de um quarto de sua massa.

Esta nova compreensão do papel que o magnetismo desempenha na formação planetária cria uma torção no estudo dos exoplanetas, porque atualmente não há nenhum método para determinar as propriedades magnéticas de uma estrela a partir de observações baseadas na Terra. Os cientistas inferem a composição de um exoplaneta com base no espectro de luz irradiado de seu sol. Diferentes elementos em uma estrela emitem radiação em diferentes comprimentos de onda, portanto, medir esses comprimentos de onda revela do que a estrela e, presumivelmente, os planetas ao seu redor são feitos.

"Você não pode mais simplesmente dizer, 'Oh, a composição de uma estrela é assim, então os planetas ao redor dela devem ser assim'", disse McDonough. "Agora você tem que dizer: 'Cada planeta poderia ter mais ou menos ferro com base nas propriedades magnéticas da estrela no início do crescimento do sistema solar.'"

Os próximos passos neste trabalho serão os cientistas encontrarem outro sistema planetário como o nosso, um com planetas rochosos espalhados por grandes distâncias de seu sol central. Se a densidade dos planetas cair à medida que eles se irradiam do sol como acontece em nosso sistema solar, os pesquisadores podem confirmar esta nova teoria e inferir que um campo magnético influenciou a formação planetária.

O artigo de pesquisa, "Terrestrial planet compositions controlled by accretion disk magnetic field,", McDonough, WF e Yoshizaki, T., foi publicado em 2 de julho de 2021, na revista Progress in Earth and Planetary Science.

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Referência:

Why does Mercury have such a big iron core? Magnetism! Phys Org, 02, jul. 2021. Disponível em: <https://phys.org/news/2021-07-mercury-big-iron-core-magnetism.html>. Acesso em: 02, jul. 2021.