Планетарная наука

Геологическая карта бассейна Sputnik Planitia на карликовой планете Плутон . Анализ поверхностей планет и их особенностей является основным компонентом планетологии.

Планетология (или реже, планетология ) — научное изучение планет (включая Землю ), небесных тел (таких как луны , астероиды , кометы ) и планетных систем (в частности, систем Солнечной системы ) и процессов их формирования. Он изучает объекты размером от микрометеороидов до газовых гигантов , стремясь определить их состав, динамику, формирование, взаимосвязи и историю. Это сильно междисциплинарная область, которая изначально выросла из астрономии и наук о Земле . и теперь включает в себя множество дисциплин, в том числе планетарную геологию , космохимию , науку об атмосфере , физику , океанографию , гидрологию , теоретическую планетологию , гляциологию и экзопланетологию . Смежные дисциплины включают космическую физику , изучающую воздействие Солнца на тела Солнечной системы, и астробиологию .

Существуют взаимосвязанные наблюдательные и теоретические разделы планетологии. Наблюдательные исследования могут включать в себя сочетание освоения космоса , преимущественно с космических аппаратов-роботов полетами с использованием дистанционного зондирования , и сравнительных экспериментальных работ в наземных лабораториях . Теоретический компонент включает в себя значительный объем компьютерного моделирования и математического моделирования .

Ученые-планетологи обычно работают на факультетах астрономии и физики или наук о Земле университетов или исследовательских центров, хотя во всем мире существует несколько чисто планетарных научных институтов. Как правило, ученые-планетологи изучают одну из наук о Земле , астрономию , астрофизику , геофизику или физику на уровне аспирантуры и концентрируют свои исследования на дисциплинах планетологии. Ежегодно проводится несколько крупных конференций и публикуется широкий спектр рецензируемых журналов . Некоторые ученые-планетологи работают в частных исследовательских центрах и часто инициируют партнерские исследовательские задачи.

История

Можно сказать, что история планетологии началась с древнегреческого философа Демокрита сообщает Ипполит , сказал: , который, как

Упорядоченные миры безграничны и различаются по размерам, и в некоторых нет ни солнца, ни луны, а в других и то, и другое больше, чем у нас, а у других их больше. И что промежутки между упорядоченными мирами неравны, здесь больше, а там меньше, и что одни увеличиваются, другие расцветают, а третьи распадаются, и здесь они возникают, а там затмеваются. Но они разрушаются при столкновении друг с другом. И что в некоторых упорядоченных мирах нет животных, растений и воды.

В более современные времена планетология началась с астрономии с изучения неисследованных планет. В этом смысле первоначальным планетарным астрономом был бы Галилей , который открыл четыре крупнейших спутника Юпитера , горы на Луне и первым наблюдал кольца Сатурна — все объекты позднего интенсивного изучения. Изучение Галилеем лунных гор в 1609 году также положило начало изучению внеземных ландшафтов: его наблюдение, «что Луна определенно не обладает гладкой и полированной поверхностью», предположило, что она и другие миры могут выглядеть «точно так же, как лицо самой Земли». .

Достижения в конструкции телескопов и инструментальном разрешении постепенно позволили лучше идентифицировать детали атмосферы, а также поверхности планет. Луна изначально изучалась наиболее тщательно из-за ее близости к Земле, поскольку на ее поверхности всегда были сложные особенности, а технологические усовершенствования постепенно привели к более подробным геологическим знаниям Луны. В этом научном процессе основными инструментами были астрономические оптические телескопы (а позже и радиотелескопы ) и, наконец, роботизированные исследовательские космические аппараты , такие как космические зонды .

Солнечная система в настоящее время относительно хорошо изучена, и существует хорошее общее понимание формирования и эволюции этой планетной системы. Однако существует большое количество нерешенных вопросов, и скорость новых открытий очень высока, отчасти из-за большого количества межпланетных космических кораблей, в настоящее время исследующих Солнечную систему .

Дисциплины

Планетология изучает наблюдательную и теоретическую астрономию, геологию ( астрогеологию ), науку об атмосфере и новую специализацию в планетарных океанах , называемую планетарной океанографией .

Планетарная астрономия

Это одновременно наблюдательная и теоретическая наука. Исследователи-наблюдатели в основном занимаются изучением малых тел Солнечной системы: тех, которые наблюдаются с помощью телескопов, как оптических, так и радио, так что характеристики этих тел, такие как форма, вращение, материалы поверхности и выветривание определяются , а также историю их формирования и эволюции можно понять.

Теоретическая планетарная астрономия занимается динамикой : применением принципов небесной механики к Солнечной системе и внесолнечным планетным системам. Наблюдение за экзопланетами и определение их физических свойств, экзопланетология , является основной областью исследований помимо изучения Солнечной системы. У каждой планеты есть своя ветвь.

Планетарная геология

Основная статья: Планетарная геология

См. Также: Геология солнечных планет земной группы и Ледяной Луны.

В планетологии термин «геология» используется в самом широком смысле и означает изучение поверхности и внутренних частей планет и спутников, от их ядра до магнитосферы. Самые известные темы исследований планетарной геологии касаются планетарных тел, находящихся в непосредственной близости от Земли: Луны и двух соседних планет: Венеры и Марса . Из них Луну изучали первой, используя методы, разработанные ранее на Земле. Планетарная геология фокусируется на небесных объектах, которые имеют твердую поверхность или имеют значительные твердые физические состояния как часть своей структуры. Планетарная геология применяет геологию , геофизику и геохимию к планетарным телам.

Планетарная геоморфология

Основная статья: Геоморфология

Геоморфология изучает особенности поверхности планет и реконструирует историю их формирования, делая выводы о физических процессах, протекавших на поверхности. Планетарная геоморфология включает изучение нескольких классов особенностей поверхности:

• Ударные особенности ( многокольцевые котловины , кратеры)
• Вулканические и тектонические особенности (потоки лавы, трещины, бороздки )
• Ледниковые особенности
• Эоловые особенности
• Космическое выветривание – эрозионные эффекты, вызванные суровыми условиями космоса (непрерывная бомбардировка микрометеоритами, дождь из высокоэнергетических частиц, ударное садоводство ). Например, тонкий пылевой покров на поверхности лунного реголита является результатом бомбардировки микрометеоритом.
• Гидрологические особенности: используемая жидкость может варьироваться от воды до углеводорода и аммиака , в зависимости от местоположения в Солнечной системе. К этой категории относятся исследования палеогидрологических особенностей (палеорусла, палеоозера).

Историю поверхности планеты можно расшифровать, картируя особенности сверху вниз в соответствии с последовательностью их отложения , как это впервые определил на земных слоях Николас Стено . Например, стратиграфическое картирование подготовило астронавтов Аполлона к полевой геологии, с которой им пришлось столкнуться во время своих лунных миссий. Перекрывающиеся последовательности были идентифицированы на изображениях, полученных программой Lunar Orbiter , и они были использованы для подготовки лунной стратиграфической колонки и геологической карты Луны.

Дополнительная информация: Геология Луны.

Космохимия, геохимия и петрология

Основные статьи: космохимия , геохимия и петрология.

Одной из основных проблем при выработке гипотез о формировании и эволюции объектов Солнечной системы является отсутствие образцов, которые можно было бы проанализировать в лаборатории, где доступен большой набор инструментов и весь объем знаний, полученных от земных источников. геологию можно использовать. прямые образцы с Луны, астероидов и Марса На Земле присутствуют , удаленные от их родительских тел и доставленные в виде метеоритов . Некоторые из них пострадали от окислительного воздействия земной атмосферы и проникновения в биосферу , но метеориты, собранные за последние несколько десятилетий в Антарктиде , почти полностью нетронуты.

Различные типы метеоритов, происходящие из пояса астероидов, охватывают почти все части строения дифференцированных тел: существуют даже метеориты, происходящие с границы ядро-мантия ( палласиты ). Сочетание геохимии и наблюдательной астрономии также позволило проследить метеориты HED до конкретного астероида в главном поясе, 4 Весты .

Сравнительно небольшое количество известных марсианских метеоритов позволило лучше понять геохимический состав марсианской коры, хотя неизбежный недостаток информации об их местах происхождения на разнообразной марсианской поверхности привел к тому, что они не дают более детальных ограничений для теорий эволюции марсианской поверхности. Марсианская литосфера . По состоянию на 24 июля 2013 года на Земле обнаружено 65 образцов марсианских метеоритов. Многие из них были найдены либо в Антарктиде, либо в пустыне Сахара.

В эпоху «Аполлона» в рамках программы «Аполлон» 384 килограмма лунных образцов было собрано и доставлено на Землю , а три советских лунных робота также доставили реголита с Луны образцы . Эти образцы предоставляют наиболее полную информацию о составе любого тела Солнечной системы, кроме Земли. В последние несколько лет число лунных метеоритов быстро растёт. по состоянию наПо состоянию на апрель 2008 г. зарегистрировано 54 метеорита, официально классифицированных как лунные.Одиннадцать из них — из коллекции антарктических метеоритов США, шесть — из коллекции японских метеоритов.Коллекция антарктических метеоритов, а остальные 37 — из жарких пустынь Африки.Австралия и Ближний Восток. Суммарная масса обнаруженных лунных метеоритов близка к50 кг.

Планетарная геофизика и космическая физика

Основные статьи: Геофизика и космическая физика

Космические зонды позволили собирать данные не только в видимой области света, но и в других областях электромагнитного спектра. Планеты можно охарактеризовать своими силовыми полями: гравитацией и магнитными полями, которые изучаются с помощью геофизики и космической физики.

Измерение изменений ускорения, испытываемого космическими аппаратами на орбите, позволило составить карту мелких деталей гравитационных полей планет. Например, в 1970-х годах возмущения гравитационного поля над лунными морями были измерены с помощью лунных орбитальных аппаратов, что привело к открытию концентраций массы, масконов , под бассейнами Имбриум, Серенитатис, Крисиум, Нектарис и Гуморум.

Солнечный ветер отклоняется магнитосферой (не в масштабе)

планеты Если магнитное поле достаточно сильное, его взаимодействие с солнечным ветром образует магнитосферу вокруг планеты . Первые космические зонды обнаружили огромные размеры земного магнитного поля, которое простирается примерно на 10 радиусов Земли в сторону Солнца. , Солнечный ветер поток заряженных частиц, вырывается наружу и вокруг земного магнитного поля и продолжается за магнитным хвостом, на сотни радиусов Земли вниз по течению. Внутри магнитосферы существуют относительно плотные области частиц солнечного ветра — радиационные пояса Ван Аллена .

Планетарная геофизика включает, помимо прочего, сейсмологию и тектонофизику , геофизическую гидродинамику , физику минералов , геодинамику , математическую геофизику и геофизические исследования .

Планетарная геодезия

Основная статья: Геодезия

Планетарная геодезия (также известная как планетарная геодезия) занимается измерением и представлением планет Солнечной системы, их гравитационных полей и геодинамических явлений ( движение полюсов в трехмерном, изменяющемся во времени пространстве). Наука геодезия включает в себя элементы как астрофизики, так и планетарных наук. Форма Земли в значительной степени является результатом ее вращения, которое вызывает ее экваториальную выпуклость , и конкуренции геологических процессов, таких как столкновение плит и вулканизма , которым сопротивляется гравитационное поле Земли . Эти принципы могут быть применены к твердой поверхности Земли ( орогения ; немногие горы имеют высоту выше 10 км (6 миль), несколько глубоководных впадин глубже этой, потому что, проще говоря, гора высотой, например, 15 км (9 миль), под действием силы тяжести у его основания возникло бы такое большое давление , что порода там стала бы пластичной , и гора снова упала бы на высоту примерно 10 км (6 миль) за какое-то геологически незначительное время. Эти геологические принципы могут быть применены к другим планетам, помимо Земли. Например, к Марсу, чья поверхностная гравитация намного меньше, крупнейшему вулкану. Гора Олимп имеет высоту 27 км (17 миль) на своей вершине, высоту, которую невозможно поддерживать на Земле. Земли Геоид — это, по сути, фигура Земли, абстрагированная от ее топографических особенностей. Таким образом, марсианский геоид ( ареоид — это, по сути, фигура Марса, абстрагированная от его топографических особенностей. Геодезическая съемка и картографирование — две важные области применения геодезии.

Планетарная наука об атмосфере

Основные статьи: Наука об атмосфере и модель глобального климата.

отчетливо видны полосы облаков На Юпитере .

Атмосфера ионизирующими является важной переходной зоной между твердой поверхностью планеты и высшими разреженными и радиационными поясами. Не все планеты имеют атмосферу: их существование зависит от массы планеты и удаленности планеты от Солнца – встречаются слишком далекие и замороженные атмосферы. Помимо четырех планет-гигантов , три из четырех планет земной группы ( Земля , Венера и Марс ) имеют значительную атмосферу. Два спутника имеют значительную атмосферу: Сатурна спутник Титан и Нептуна спутник Тритон . существует разреженная атмосфера Вокруг Меркурия .

Влияние скорости вращения планеты вокруг своей оси можно увидеть в атмосферных потоках и течениях. Если смотреть из космоса, эти особенности проявляются в виде полос и водоворотов в облачной системе и особенно заметны на Юпитере и Сатурне.

Планетарная океанография

Основная статья: Планетарная океанография

Экзопланетология

Основная статья: Экзопланетология

Экзопланетология изучает экзопланеты , планеты, существующие за пределами нашей Солнечной системы . До недавнего времени средства изучения экзопланет были крайне ограничены, но при нынешних темпах инноваций в исследовательских технологиях экзопланетология стала быстро развивающейся отраслью астрономии .

Сравнительная планетология

Основная статья: Сравнительная планетология

Планетология часто использует метод сравнения, чтобы лучше понять объект исследования. Это может включать сравнение плотных атмосфер Земли и спутника Сатурна Титана , эволюцию внешних объектов Солнечной системы на разных расстояниях от Солнца или геоморфологию поверхностей планет земной группы, и это лишь несколько примеров.

Основное сравнение, которое можно провести, — это особенности Земли, поскольку оно гораздо более доступно и позволяет проводить гораздо больший диапазон измерений. Исследования аналогов Земли особенно распространены в планетарной геологии, геоморфологии, а также в науке об атмосфере.

Использование наземных аналогов впервые описал Гилберт (1886).

В художественной литературе

• В Фрэнка Герберта « научно-фантастическом романе Дюна » 1965 года главный второстепенный персонаж Лиет-Кинс выступает в роли «Имперского планетолога» вымышленной планеты Арракис , должность, которую он унаследовал от своего отца Пардота Кинса. В этой роли планетолог описывается как обладающий навыками эколога, геолога, метеоролога и биолога, а также базовыми знаниями социологии человека. Планетологи применяют этот опыт для изучения целых планет. В серии «Дюна» планетологи нанимаются для изучения планетарных ресурсов и планирования терраформирования или других инженерных проектов планетарного масштаба. Эта вымышленная позиция в «Дюне» оказала влияние на дискурс вокруг самой планетарной науки, и один автор называет ее «пробным камнем» в смежных дисциплинах. В одном из примеров публикация Сибил П. Зейтцингер в журнале Nature начинается с краткого введения о вымышленной роли в «Дюне» и предлагает нам рассмотреть возможность назначения людей с навыками, аналогичными Лиет-Киенесу, для помощи в управлении человеческой деятельностью на Земле.

Профессиональная деятельность

Журналы

Основная категория: Журналы по планетологии

• Ежегодный обзор наук о Земле и планетах
• Письма о Земле и планетологии
• Земля, Луна и планеты
• Geochimica et Cosmochimica Acta
• Икар
• Журнал геофизических исследований - Планеты
• Метеоритика и планетология
• Планетарная и космическая наука
• Планетарный научный журнал

Профессиональные организации

Этот неисчерпывающий список включает те учреждения и университеты, в которых основные группы людей работают в области планетарной науки. Используется алфавитный порядок.

• Отдел планетарных наук (DPS) Американского астрономического общества
• Американский геофизический союз
• Метеоритическое общество
• Европланета

Государственные космические агентства

Основная статья: Список государственных космических агентств

• Канадское космическое агентство (CSA)
• Китайское национальное космическое управление (CNSA, Китайская Народная Республика).
• национальный центр космических исследований Французский
• German Aerospace Center , (нем. сокращенно DLR), Немецкий аэрокосмический центр
• Европейское космическое агентство (ЕКА)
• Индийская организация космических исследований (ISRO)
• Израильское космическое агентство (ISA)
• Итальянское космическое агентство
• Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA)
• НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Соединенные Штаты Америки)
  • Лаборатория реактивного движения
  • ГСФК
  • Эймс
• Национальная космическая организация (Тайвань).
• Федеральное космическое агентство России
• Космическое агентство Великобритании (UKSA).

Крупные конференции

• Конференция по науке о Луне и планетах (LPSC), организованная Институтом Луны и планет в Хьюстоне. Проводится ежегодно с 1970 года, происходит в марте.
• Заседания Отдела планетарных наук (DPS) проводятся ежегодно с 1970 года каждый год в другом месте, преимущественно на материковой части США. Происходит примерно в октябре.
• Ежегодное осеннее собрание Американского геофизического союза (AGU) в декабре в Сан-Франциско.
• Совместная ассамблея Американского геофизического союза (AGU) (при поддержке других обществ) в апреле – мае в различных местах по всему миру.
• Ежегодное собрание Метеоритического общества , проводимое летом в Северном полушарии, обычно попеременно в Северной Америке и Европе.
• Европейский планетарный научный конгресс (EPSC), который проводится ежегодно примерно в сентябре в Европе.

Небольшие семинары и конференции по конкретным областям проводятся по всему миру в течение года.

См. также

• Ареография (география Марса)
• Планетарная картография
• Планетарная система координат
• Селенография - исследование поверхности и физических особенностей Луны.
• Теоретическая планетология
• Хронология исследования Солнечной системы

Дальнейшее чтение

• Карр, Майкл Х., Сондерс, Р.С., Стром, Р.Г., Вильгельмс, Д.Э. 1984. Геология планет земной группы . НАСА.
• Моррисон, Дэвид. 1994. Исследование планетарных миров . У. Х. Фриман. ISBN   0-7167-5043-0
• Харгитай Х и др. (2015) Классификация и характеристика планетарных форм рельефа. В: Харгитай Х (ред.) Энциклопедия планетарных форм рельефа. Спрингер. doi : 10.1007/978-1-4614-3134-3 https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-1-4614-3134-3%2F1.pdf
• Хаубер Э и др. (2019) Планетарное геологическое картирование. В: Харгитай Х (редактор) Планетарная картография и ГИС. Спрингер.
• Страница D (2015) Геология планетарных форм рельефа . В: Харгитай Х (ред.) Энциклопедия планетарных форм рельефа. Спрингер.
• Росси, А.П., ван Гасселт С. (ред.) (2018) Планетарная геология. Спрингер

Внешние ссылки

• Открытия планетарных исследований (статьи)
• Планетарное общество (крупнейшая в мире группа, занимающаяся космосом: см. также их активный новостной блог )
• Информационный бюллетень Planetary Exploration (профессиональный информационный бюллетень, публикуемый PSI, еженедельное распространение)
• Женщины в планетарной науке (профессиональные сети и новости)