Tại sao sao Thủy lại có lõi sắt khổng lồ chiếm khoảng 42% thể tích của nó, trong khi Trái đất chỉ là 17%?

  •  
  • 923

Nghiên cứu này đã bác bỏ giả thuyết phổ biến trước đây của sao Thủy.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã tin rằng trong quá trình hình thành Hệ Mặt trời, các vụ va chạm giữa các sao Thủy và các thiên thể khác đã thổi bay phần lớn vỏ của hành tinh này và khiến cho lõi kim loại của nó trở nên khổng lồ và dày đặc bên trong, nhưng nghiên cứu mới nhất cho thấy rằng vụ va chạm không phải là thủ phạm, thay vào đó, chính từ trường của Mặt trời đã khiến cho lõi của hành tinh này trở nên lớn một cách bất thường.

Lõi sao Thủy có kích thước lớn hơn các hành tinh khác.
Lõi sao Thủy có kích thước lớn hơn các hành tinh khác.

Nghiên cứu mới nhất cho thấy sau khi hình thành các hành tinh trong Hệ Mặt trời, từ trường Mặt trời dần dần thu hút nguyên tố sắt vào khu vực trung tâm của Hệ Mặt trời, điều này giải thích tại sao sao Thủy, hành tinh gần Mặt trời nhất, lại có lõi sở hữu kích thước lớn hơn các hành tinh khác, khối lượng và mật độ sắt trên hành tinh này cũng hơn so nhiều với các lớp bên ngoài của các hành tinh như Trái đất và sao Hỏa.

William McDonald, giáo sư địa chất tại Đại học Maryland và Takashi Yoshizaki tại Đại học Tohoku ở Nhật Bản, đã thiết lập một mô hình cho thấy mật độ, khối lượng và hàm lượng sắt trong lõi hành tinh này bị ảnh hưởng bởi khoảng cách từ trường của Mặt trời.

McDonald cho biết: "Bốn hành tinh trong cùng của Hệ Mặt trời - sao Thủy, sao Kim, Trái đất và sao Hỏa, được cấu tạo bởi kim loại và đá với tỷ lệ khác nhau. Khi các hành tinh này càng ngày càng xa Mặt trời, hàm lượng kim loại trong lõi của chúng cũng sẽ càng giảm. Bằng cách chỉ ra rằng sự phân bố của vật chất ban đầu trong quá trình hình thành sơ khai của Hệ Mặt trời được điều khiển bởi từ trường Mặt trời, nghiên cứu của chúng tôi giải thích quá trình này đã xảy ra như thế nào".

 Lõi của sao Thủy chiếm khoảng 42% thể tích của nó so với của Trái đất bằng 17%.
 Lõi của sao Thủy chiếm khoảng 42% thể tích của nó so với của Trái đất bằng 17%.

Trước đây, McDonald đã phát triển mô hình thành phần Trái đất, đây là mô hình phổ biến được các nhà khoa học hành tinh sử dụng để xác định thành phần của các hành tinh. Mô hình mới nhất của ông cho thấy trong thời kỳ đầu hình thành Hệ Mặt trời, Mặt trời non bị bao quanh bởi các đám mây bụi và khí, và các hạt sắt bị từ trường Mặt trời hút vào khu vực trung tâm của Hệ Mặt trời. Khi các hành tinh trong Hệ Mặt trời được sinh ra từ các đám mây xoáy bụi và khí này, lõi của các hành tinh gần Mặt trời sẽ hấp thụ nhiều sắt hơn các hành tinh xa Mặt trời.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, mật độ và tỷ lệ sắt trong lõi của các hành tinh đá có liên quan đến cường độ của từ trường xung quanh Mặt trời trong quá trình hình thành các hành tinh.

Thành phần của lõi bên trong hành tinh rất quan trọng đối với khả năng duy trì sự sống. Ví dụ, lõi sắt nóng chảy của Trái đất sẽ tạo thành từ quyển để bảo vệ Trái đất khỏi các tia vũ trụ gây ung thư. Lõi của Trái đất chứa hầu hết lượng phốt pho trên hành tinh của chúng ta - là chất dinh dưỡng quan trọng để duy trì sự sống dựa trên cacbon.

Sử dụng các mô hình hình thành hành tinh hiện có, McDonald xác định tốc độ mà khí và bụi được hút vào trung tâm của Hệ Mặt trời trong quá trình hình thành Hệ Mặt trời. Ông đã tính đến từ trường được tạo ra trong quá trình hình thành Mặt trời và tính toán cách từ trường hút sắt qua các đám mây bụi và khí.

Khi Hệ Mặt trời bắt đầu nguội trong những ngày đầu, bụi và khí chưa được hút vào trung tâm của Hệ Mặt trời bắt đầu tập hợp lại với nhau. Khí bụi ở gần Mặt trời tiếp xúc với từ trường mạnh hơn, và do đó chứa nhiều sắt hơn khí bụi ở xa Mặt trời. Khi những khí bụi này hợp nhất và nguội đi thành các hành tinh được hình thành, bắt đầu quay, và lực hấp dẫn sẽ hút sắt vào lõi của chúng.

Thành phần của lõi bên trong hành tinh rất quan trọng đối với khả năng duy trì sự sống.
Thành phần của lõi bên trong hành tinh rất quan trọng đối với khả năng duy trì sự sống.

Khi McDonald kết hợp mô hình này vào việc tính toán sự hình thành hành tinh, nó đã tiết lộ độ dốc của hàm lượng và mật độ kim loại, hoàn toàn phù hợp với hiểu biết của các nhà khoa học về các hành tinh trong Hệ Mặt trời. Lõi kim loại của sao Thủy chiếm khoảng 3/4 khối lượng, lõi của Trái đất và sao Kim chỉ bằng 1/3 khối lượng và lõi của Sao Hỏa chỉ bằng 1/4 khối lượng.

Những hiểu biết mới nhất về vai trò của từ tính trong sự hình thành các hành tinh đã gây khó khăn cho việc khám phá và nghiên cứu các hành tinh bên ngoài Hệ Mặt trời, vì cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa có cách nào để quan sát từ tính của các ngôi sao từ quan điểm của Trái đất - Các nhà khoa học suy ra cấu tạo của một hành tinh bên ngoài dựa trên quang phổ của bức xạ Mặt trời. Các phần tử khác nhau trong một ngôi sao sẽ phát ra bức xạ ở các bước sóng khác nhau, vì vậy bằng cách đo các bước sóng này, chúng ta có thể biết được thành phần của ngôi sao và các hành tinh xung quanh nó.

Bước tiếp theo trong công việc này là cho phép các nhà khoa học tìm thấy một hệ hành tinh khác tương tự như Hệ Mặt trời - một hệ hành tinh bao gồm các hành tinh đá xa ngôi sao hơn. Nếu mật độ của các ngoại hành tinh này giảm khi chúng bức xạ ra ngoài Mặt trời, như trong Hệ Mặt trời của chúng ta, thì các nhà nghiên cứu có thể xác nhận lý thuyết mới này và suy ra rằng từ trường của các ngôi sao ảnh hưởng đến sự hình thành hành tinh.

Cập nhật: 13/07/2021 Theo Pháp luật và bạn đọc
  • 923

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook