Pour de nombreuses raisons, Vénus est parfois appelée «jumeau de la Terre» (ou «sœur planète», selon la personne à qui vous demandez). Comme la Terre, elle est de nature terrestre (c.-à-d. Rocheuse), composée de minéraux et de métaux silicatés qui sont différenciés entre un noyau fer-nickel et un manteau et une croûte de silicate. Mais en ce qui concerne leurs atmosphères et champs magnétiques respectifs, nos deux planètes ne pourraient pas être plus différentes.
Depuis quelque temps, les astronomes ont du mal à comprendre pourquoi la Terre a un champ magnétique (qui lui permet de conserver une atmosphère épaisse) et pas Vénus. Selon une nouvelle étude menée par une équipe internationale de scientifiques, cela pourrait 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, elle n'a jamais développé la dynamo nécessaire pour générer un champ magnétique.
L'étude, intitulée «Formation, stratification et mélange des noyaux de la Terre et de Vénus», a récemment paru dans la revue scientifique Lettres planétaires Terre et Science. L’étude a été dirigée par Seth A. Jacobson de la Northwestern University et comprenait des membres de l’Observatoire de la Côte d’Azur, de l’Université de Bayreuth, du Tokyo Institute of Technology et de la Carnegie Institution de Washington.
Pour le bien de leur étude, Jacobson et ses collègues ont commencé à considérer comment les planètes terrestres se forment en premier lieu. Selon les modèles les plus largement acceptés de formation des planètes, les planètes terrestres ne se forment pas en une seule étape, mais à partir 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 à mesure qu'ils s'accumulent. La raison en est liée à la façon dont une plus grande abondance d'éléments légers est incorporée au métal liquide au cours du processus, qui coulerait ensuite pour former le cœur de la planète à mesure que les températures et la pression augmentaient.
Un tel noyau stratifié serait incapable de convection, ce qui serait à l'origine du champ magnétique terrestre. De plus, ces modèles sont incompatibles avec les études sismologiques qui indiquent que le cœur de la Terre est principalement composé de fer et de nickel, tandis qu'environ 10% de son poids est composé d'éléments légers - tels que le silicium, l'oxygène, le soufre et autres. Son noyau externe est également homogène et composé à peu près des mêmes éléments.
Comme le Dr Jacobson l'a expliqué à Space Magazine par courrier électronique:
«Les planètes terrestres se sont développées à partir d'une séquence d'événements d'accrétion (impact), de sorte que le noyau s'est également développé de manière multi-étapes. La formation de noyau en plusieurs étapes crée une structure de densité stratifiée stable en couches dans le noyau parce que les éléments légers sont de plus en plus incorporés dans les ajouts ultérieurs du noyau. Les éléments légers comme O, Si et S se répartissent de plus en plus dans les liquides de formation de cœur pendant la formation du cœur lorsque les pressions et les températures sont plus élevées, donc les événements de formation de cœur ultérieurs incorporent plus de ces éléments dans le cœur 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. Telle est notre hypothèse pour Vénus. Dans le cas de la Terre, nous pensons que l'impact de la formation de la Lune était suffisamment violent pour mélanger mécaniquement le noyau de la Terre et permettre à une géodynamo de longue durée de générer le champ magnétique planétaire d'aujourd'hui. »
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 la convection et comment elle s'est produite. Pour les besoins de leur étude, Jacobson et son équipe envisagent la possibilité qu'un impact massif pourrait en expliquer la cause. Comme Jacobson l'a indiqué:
«Les impacts énergétiques mélangent mécaniquement le noyau et peuvent donc détruire une stratification stable. Une stratification stable empêche la convection qui inhibe une géodynamo. La suppression de la stratification permet à la dynamo de fonctionner. »
Fondamentalement, l'énergie de cet impact aurait secoué le cœur, créant une seule région homogène dans laquelle une géodynamo durable pourrait fonctionner. Compte tenu de l'âge du champ magnétique terrestre, cela est conforme à 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 a conduit à la formation du système Terre-Lune.
Cet impact aurait pu faire passer le cœur de la Terre d'une stratification à un état homogène, et au cours des 300 millions d'années à venir, les conditions de pression et de température auraient pu l'amener à faire la différence entre un cœur intérieur solide et un cœur extérieur liquide. Grâce à la rotation dans le noyau externe, le résultat a été un effet dynamo qui a protégé notre atmosphère lors de sa formation.
Les germes de cette théorie ont été présentés l'année dernière lors de la 47e conférence des sciences lunaires et planétaires à The Woodlands, Texas. Au cours 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 terrestre avait peut-être 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 tard dans leur accrétion. S'appuyant sur cela, Jacobson et les autres co-auteurs ont appliqué des modèles de la façon dont la Terre et Vénus ont accrété à partir d'un disque de solides et de gaz autour d'un proto-Soleil. Ils ont également appliqué des calculs de la croissance de la Terre et de Vénus, basés 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 sa relation avec l'évolution de la Terre et l'émergence de la vie, ne peut être sous-estimée. 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 étant habitable ou trop froide et aride (comme Mars) ou trop chaude et infernale (comme Vénus). Comme l'a conclu Jacobson:
«Les champs magnétiques planétaires protègent les planètes et la vie sur la planète des rayonnements cosmiques nocifs. Si un impact tardif, violent et géant est nécessaire pour un champ magnétique planétaire, 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 pourraient très bien être obligés de poser une question simple: "At-elle été suffisamment touchée?"
