Forskare har länge varit fascinerade av ytorna på andra jordkroppar än jorden som avslöjar djupa likheter under deras ytligt olika vulkaniska och tektoniska historia.

Ett team av forskare från NASA, Hampton University och University of Hong Kong föreslår ett nytt sätt att förstå kylning och överföring av värme från terrestra planetariska interiörer och hur det påverkar genereringen av de vulkaniska terrängerna som dominerar de steniga planeterna. Baserat på den nuvarande dynamiken hos Jupiters tidvattenuppvärmda måne, Io, forskarna antar att den geologiska historien om solsystemets terrestra kroppar, speciellt Merkurius, Venus, Månen och Mars, överensstämmer med ett sätt för tidig planetarisk utveckling som involverar värmerör. De föreslår vidare att värmerörskylning är en universell process som kan förklara de gemensamma särdragen som ses på markplanets ytor.

Teamets resultat diskuteras i en tidning som nyligen publicerats i Earth and Planetary Science Letters .

"Vi tror att konceptet med ett värmerörssätt för planetbildning är viktigt och kommer att hjälpa till att förklara utvecklingen av alla steniga planeter, " sa Dr. Justin Simon, NASA planetforskare, Center for Isotope Cosmochemistry and Geochronology i Astromaterials Research and Exploration Science Division vid NASA:s Johnson Space Center i Houston, Texas och en av medförfattarna till tidningen. "Om det visar sig vara korrekt, det kommer att diskuteras tillsammans med teorierna om plattektonik, planetariska 'magmahav' och 'jättepåverkansteorin för månens ursprung'."

Forskarna antar att värmerörskylning var inblandad i utvecklingen av alla jordiska planeter inklusive den tidiga jorden och representerar övergången från magmahavet till planetevolutionens stela lock eller plattektoniska lägen. Heat-pipes transporterar värme från det inre till ytan via mantelsmältning och magmauppstigning. De resulterande utbrotten leder till global vulkanisk återuppbyggnad genom vilken äldre vulkaniska lager successivt begravs och trycks nedåt för att bilda tjocka, kalla och starka mekaniska litosfärer.

Författarna granskar de observationer som är relevanta för bildningen av ytorna på var och en av de terrestra planeterna och nuvarande modeller som har föreslagits för att förklara dem. De diskuterar sedan de stora utestående problemen och visar hur värmerörshypotesen kan lösa dessa på ett konsekvent sätt över alla planeter.

"De jordiska kropparna i vårt solsystem ser tillräckligt olika ut för att den klassiska uppfattningen är att de alla bildades olika, åtminstone när det gäller att göra deras yttre skal. Om vår analys håller förtjänst, den pekar i riktning mot en universell modell för den tidiga utvecklingen av jordiska planeter, över vårt solsystem och bortom, " sa Dr Alexander Webb, Docent, Universitetet i Hong Kong.

Författarna noterar att Merkurius återuppstod tidigt i sin evolution globalt genom vulkanutbrott som placerade släta slätter med få identifierbara utbrottscentra. Författarna drar slutsatsen att de geologiska observationerna av planeten pekar på en episod av värmerör som fungerar under något mindre än de första miljarderna av Merkurius evolution. Venus yta domineras också av lavor med breda slätter som består av många flöden som sträcker sig över hundratals kilometer vid låg sluttning med få identifierbara källstrukturer. Venus visar inte tillräckligt med vulkaniskt flöde för att för närvarande uppleva aktiv heat-pipe-kylning, men författarna drar slutsatsen att den tjocka, stillastående litosfäriskt lock är en relikt från heatpipedrift som upphörde snabbt för flera hundra miljoner år sedan.

Bland de viktigaste ytegenskaperna på Mars är dess stora vulkaner, uråldriga kraterterränger och jordskorpans dikotomi mellan det förhöjda södra halvklotet och det nedsänkta norra halvklotet. Det är fortfarande oklart vilka processer som var ansvariga för bildandet av dikotomi, men författarna drar slutsatsen att en stark forntida litosfär skapad av värmerörsvulkanism skulle ha hjälpt till med bevarandet av detta forntida inslag. Liknande, månen framstår som att ha en form som är dramatiskt utanför hydrostatisk jämvikt, men för att bevara en ojämviktsform krävs en stark, tidigt bildad litosfär. Författarna hävdar att en stark litosfär är just det förväntade beteendet hos en kropp som upplever värmerörskylning.

Teamet sammanförde geologiska, geokemiska och geokronologiska bevis från jordkropparna i vårt solsystem för att visa att värmerör kan ha tillhandahållit den primära mekanismen för jordskorpans bildning och återuppbyggnad. Heat-pipe-hypotesen ger en enhetlig förklaring till gemensamma drag hos de kända jordlevande planeterna som inte har genomgått plattektonik och bör betraktas som en viktig aspekt av deras utveckling.

"Utvecklingen av denna teori är ett bra exempel på hur utforskning av våra planetariska grannar, i det här fallet [Jupiters måne] Io, har lett till en djupare förståelse av jorden såväl som steniga planeter över galaxen, " sa Dr William Moore, professor i atmosfärs- och planetvetenskap, Hampton University, USA.

Värmepipor bör också förekomma på steniga exoplaneter som kretsar kring andra stjärnor. En planet som är dubbelt så stor som jorden borde ta mer än dubbelt så lång tid att svalna, eftersom ytan inte växer lika snabbt som massan. För stora exoplaneter, livslängden för värmerörsläget kan överstiga livslängden för solliknande moderstjärnor och därför kan någon efterföljande plattektonisk fas aldrig observeras. Denna studie tvingar oss att ompröva våra förväntningar på vilka typer av ytor och atmosfärer vi kan förvänta oss när vi utökar vår utforskning av andra solsystem.