Nauka planetarna - Planetary science
Planetologia lub rzadziej planetologia , to naukowa nauka o planetach (w tym Ziemi ), księżycach i układach planetarnych (w szczególności Układu Słonecznego ) oraz procesach, które je tworzą. Bada obiekty o różnych rozmiarach, od mikrometeoroidów po gazowe olbrzymy , mając na celu określenie ich składu, dynamiki, formacji, wzajemnych relacji i historii. Jest to dziedzina silnie interdyscyplinarna , pierwotnie wywodząca się z astronomii i nauk o Ziemi , ale obecnie obejmująca wiele dyscyplin, w tym geologię planetarną(wraz z geochemią i geofizyką ), kosmochemia , nauki o atmosferze , oceanografia , hydrologia , teoretyczna planetologia , glacjologia i egzoplanetologia . Pokrewne dyscypliny obejmują fizykę kosmiczną , jeśli chodzi o wpływ Słońca na ciała Układu Słonecznego, oraz astrobiologię .
Istnieją wzajemnie powiązane obserwacyjne i teoretyczne gałęzie planetologii. Badania obserwacyjne mogą obejmować połączenie eksploracji kosmosu , głównie z misjami zrobotyzowanych statków kosmicznych z wykorzystaniem teledetekcji , oraz porównawczymi pracami eksperymentalnymi w laboratoriach na Ziemi. Część teoretyczna obejmuje znaczną symulację komputerową i modelowanie matematyczne.
Planetolodzy zazwyczaj znajdują się na wydziałach astronomii i fizyki lub nauk o Ziemi na uniwersytetach lub w ośrodkach badawczych, chociaż na całym świecie istnieje kilka czysto planetarnych instytutów naukowych. Każdego roku odbywa się kilka dużych konferencji i wiele recenzowanych czasopism . Niektórzy planetolodzy pracują w prywatnych ośrodkach badawczych i często inicjują partnerskie zadania badawcze.
Historia
Można powiedzieć, że historia nauk planetarnych rozpoczęła się od starożytnego greckiego filozofa Demokryta , o którym Hipolit donosi, że
Uporządkowane światy są nieograniczone i różnią się wielkością, i że w niektórych nie ma ani słońca, ani księżyca, ale w innych oba są większe niż u nas, a jednak u innych jest ich więcej. I że odstępy między uporządkowanymi światami są nierówne, tu i tam coraz mniej, i że jedne rosną, inne rozkwitają, a jeszcze inne zanikają, a tu powstają, a tam zaćmiewają. Ale że są niszczone przez zderzenie ze sobą. I że niektóre uporządkowane światy są pozbawione zwierząt, roślin i całej wody.
W czasach bardziej współczesnych nauka o planetach rozpoczęła się w astronomii od badań nierozwiązanych planet. W tym sensie pierwotnym astronomem planetarnym byłby Galileusz , który odkrył cztery największe księżyce Jowisza , góry na Księżycu , i jako pierwszy zaobserwował pierścienie Saturna , wszystkie obiekty będące przedmiotem intensywnych późniejszych badań. Badania Galileusza nad górami księżycowymi w 1609 roku rozpoczęły również badania krajobrazów pozaziemskich: jego obserwacja „że Księżyc z pewnością nie posiada gładkiej i wypolerowanej powierzchni” sugerowała, że on i inne światy mogą wyglądać „tak jak sama Ziemia”. .
Postępy w konstrukcji teleskopów i rozdzielczości instrumentalnej stopniowo umożliwiły lepszą identyfikację szczegółów atmosferycznych i powierzchniowych planet. Księżyc był początkowo najdokładniej zbadany, ponieważ zawsze wykazywał szczegóły na swojej powierzchni, ze względu na bliskość Ziemi, a ulepszenia technologiczne stopniowo dały bardziej szczegółową wiedzę geologiczną o Księżycu. W tym procesie naukowym głównymi instrumentami były astronomiczne teleskopy optyczne (a później radioteleskopy ) i wreszcie zrobotyzowany statek kosmiczny eksploracyjny .
Układ Słoneczny został teraz stosunkowo dobrze zbadany i istnieje dobre ogólne zrozumienie powstawania i ewolucji tego układu planetarnego. Istnieje jednak wiele nierozwiązanych pytań, a tempo nowych odkryć jest bardzo wysokie, częściowo ze względu na dużą liczbę międzyplanetarnych statków kosmicznych, które obecnie badają Układ Słoneczny.
Dyscypliny
Nauka o planetach zajmuje się astronomią obserwacyjną i teoretyczną, geologią (egzogeologią), nauką o atmosferze i wyłaniającą się podspecjalnością oceanów planetarnych .
Astronomia planetarna
Jest to nauka zarówno obserwacyjna, jak i teoretyczna. Naukowcy zajmujący się obserwacją zajmują się głównie badaniem małych ciał Układu Słonecznego: tych, które są obserwowane przez teleskopy, zarówno optyczne, jak i radiowe, tak aby określić cechy tych ciał, takie jak kształt, spin, materiały powierzchniowe i wietrzenie, oraz można zrozumieć historię ich powstawania i ewolucji.
Teoretyczna astronomia planetarna zajmuje się dynamiką : zastosowaniem zasad mechaniki nieba w Układzie Słonecznym i pozasłonecznych układach planetarnych . Każda planeta ma swoją własną gałąź.
Planeta: Temat: Nazwany na cześć (Uwaga: te terminy są rzadko używane)
- Merkury : Hermologia : Hermes
- Wenus : Cyterologia : Cythera
- Ziemia : Geologia
- Księżyc : Selenologia : Selene
- Mars : Areologia : Ares
- Ceres : Demeterologia : Demeter
- Jowisz : Zenologia : Zeus
- Saturn : Kronologia : Kronos
- Uran : Uranologia : Uran
- Neptun : Poseidologia : Posejdon
- Pluton : Hadeologia : Hades
- Eris : Eridologia : Eris
Geologia planetarna
Najbardziej znane zagadnienia badawcze geologii planetarnej dotyczą ciał planetarnych w bliskim sąsiedztwie Ziemi: Księżyca oraz dwóch sąsiednich planet: Wenus i Marsa . Spośród nich Księżyc był badany jako pierwszy, przy użyciu metod opracowanych wcześniej na Ziemi.
Geomorfologia
Geomorfologia bada cechy na powierzchniach planet i rekonstruuje historię ich powstawania, wnioskując procesy fizyczne zachodzące na powierzchni. Geomorfologia planetarna obejmuje badanie kilku klas cech powierzchni:
- Cechy uderzeniowe ( wielopierścieniowe baseny , kratery)
- Ukształtowania wulkaniczne i tektoniczne (wylewy lawy, szczeliny, bruzdy )
- Cechy lodowcowe
- Cechy eolskie
- wietrzenie kosmosu – efekty erozji generowane przez surowe środowisko kosmiczne (ciągłe bombardowanie mikrometeorytami, wysokoenergetyczny deszcz cząsteczkowy, ogrodnictwo uderzeniowe ). Na przykład cienka pokrywa pyłowa na powierzchni regolitu księżycowego jest wynikiem bombardowania mikrometeorytami.
- Cechy hydrologiczne: w zależności od lokalizacji w Układzie Słonecznym ciecz może mieć postać wody, węglowodoru i amoniaku . Ta kategoria obejmuje badanie cech paleohydrologicznych (paleokanały, paleolakes).
Dzieje planetarnej powierzchni może być rozszyfrowany przez mapowanie wyposażony od góry do dołu, w zależności od ich kolejności osadzania , a pierwszy ustalony na naziemnej warstw przez Nicolas Steno . Na przykład mapowanie stratygraficzne przygotowało astronautów Apollo do geologii polowej, z którą mieli do czynienia podczas misji księżycowych. Nakładające się sekwencje zidentyfikowano na zdjęciach wykonanych przez program Lunar Orbiter , które posłużyły do przygotowania księżycowej kolumny stratygraficznej i mapy geologicznej Księżyca.
Kosmochemia, geochemia i petrologia
Jednym z głównych problemów przy generowaniu hipotez na temat powstawania i ewolucji obiektów w Układzie Słonecznym jest brak próbek, które można analizować w laboratorium, gdzie dostępny jest duży zestaw narzędzi i pełen zasób wiedzy zaczerpniętej z geologii lądowej może zostać doprowadzona do życia. Bezpośrednie próbki z Księżyca, asteroid i Marsa są obecne na Ziemi, usuwane z ich macierzystych ciał i dostarczane jako meteoryty . Niektóre z nich zostały skażone utleniającym działaniem ziemskiej atmosfery i infiltracją biosfery , ale meteoryty zebrane w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat z Antarktydy są prawie całkowicie nieskazitelne.
Różne typy meteorytów, które pochodzą z pasa asteroid, pokrywają prawie wszystkie części struktury zróżnicowanych ciał: istnieją nawet meteoryty pochodzące z granicy rdzeń-płaszcz ( pallasyty ). Połączenie geochemii i astronomii obserwacyjnej umożliwiło również prześledzenie meteorytów HED z powrotem do konkretnej asteroidy w głównym pasie, 4 Westa .
Stosunkowo nieliczne znane meteoryty marsjańskie dostarczyły wglądu w skład geochemiczny skorupy marsjańskiej, chociaż nieunikniony brak informacji o ich punktach pochodzenia na zróżnicowanej powierzchni Marsa oznacza, że nie dostarczają one bardziej szczegółowych ograniczeń dla teorii ewolucji litosfera marsjańska . Na dzień 24 lipca 2013 roku na Ziemi odkryto 65 próbek meteorytów marsjańskich. Wiele z nich znaleziono na Antarktydzie lub na Saharze.
W erze Apollo w programie Apollo zebrano i przetransportowano na Ziemię 384 kilogramy próbek księżycowych , a 3 radzieckie roboty Luna dostarczyły również próbki regolitu z Księżyca. Próbki te zapewniają najbardziej wyczerpujący zapis składu dowolnego ciała Układu Słonecznego poza Ziemią. Liczba meteorytów księżycowych szybko rośnie w ciągu ostatnich kilku lat – według stanu na kwiecień 2008 r. istnieją 54 meteoryty, które zostały oficjalnie sklasyfikowane jako księżycowe. Jedenaście z nich pochodzi z amerykańskiej kolekcji meteorytów Antarktyki, 6 z japońskiej kolekcji meteorytów Antarktyki, a pozostałe 37 z gorących pustynnych obszarów Afryki, Australii i Bliskiego Wschodu. Całkowita masa rozpoznanych meteorytów księżycowych wynosi blisko 50 kg.
Geofizyka
Sondy kosmiczne umożliwiły zbieranie danych nie tylko w zakresie światła widzialnego, ale także w innych obszarach widma elektromagnetycznego. Planety można scharakteryzować za pomocą ich pól sił: grawitacji i ich pól magnetycznych, które są badane za pomocą geofizyki i fizyki kosmicznej.
Pomiar zmian przyspieszenia, jakich doświadczają statki kosmiczne podczas ich orbitowania, umożliwił odwzorowanie drobnych szczegółów pól grawitacyjnych planet. Na przykład w latach 70. zaburzenia pola grawitacyjnego nad księżycowymi mariami mierzono za pomocą orbiterów księżycowych, co doprowadziło do odkrycia koncentracji masy, mascons , pod basenami Imbrium, Serenitatis, Crisium, Nectaris i Humorum.
Jeśli pole magnetyczne planety jest wystarczająco silne, jego interakcja z wiatrem słonecznym tworzy magnetosferę wokół planety. Wczesne sondy kosmiczne odkryły wymiary brutto ziemskiego pola magnetycznego, które rozciąga się na około 10 promieni Ziemi w kierunku Słońca. Wiatrowi strumień naładowanych cząstek, strumienie się wokół pola magnetycznego ziemskiego i dalej za ogon magnetycznego Ziemi setki radii poniżej. Wewnątrz magnetosfery znajdują się stosunkowo gęste obszary cząstek wiatru słonecznego, pasy promieniowania Van Allena .
Geofizyka obejmuje sejsmologię i tektonofizykę , geofizyczną dynamikę płynów , fizykę minerałów , geodynamikę , geofizykę matematyczną i pomiary geofizyczne .
Geodezja planetarna (znana również jako geodezja planetarna) zajmuje się pomiarami i reprezentacją planet Układu Słonecznego, ich polami grawitacyjnymi oraz zjawiskami geodynamicznymi ( ruch biegunowy w trójwymiarowej, zmiennej w czasie przestrzeni. Geodezja posiada elementy zarówno astrofizyki, jak i nauk planetarnych.Kształt Ziemi jest w dużej mierze wynikiem jej rotacji, co powoduje jej wybrzuszenie równikowe, oraz konkurencji procesów geologicznych, takich jak zderzenie płyt i wulkanizmu , którym opiera się ziemskie pole grawitacyjne Te zasady można zastosować do stałej powierzchni Ziemi ( orogeneza ; Niewiele gór jest wyższych niż 10 km (6 mil), niewiele głębokich rowów morskich niż ta, ponieważ po prostu góra tak wysoka, jak na przykład 15 km ( 9 mil), wytworzyłoby tak duże ciśnienie u podstawy, z powodu grawitacji, że skała stałaby się plastyczna , a góra osunęłaby się z powrotem do wysokości około 10 km (6 mil) w geologicznie nieistotnym czas. Niektóre lub wszystkie z tych zasad geologicznych można zastosować na innych planetach poza Ziemią. Na przykład na Marsie, którego grawitacja powierzchniowa jest znacznie mniejsza, największy wulkan Olympus Mons ma w swoim szczycie 27 km (17 mil), a to wysokość, której nie można było utrzymać na Ziemi. Geoida Ziemi jest zasadniczo figurą Ziemi wyabstrahowaną z jej cech topograficznych. Dlatego geoida marsjańska ( areoida jest zasadniczo figurą Marsa wyabstrahowaną z jego cech topograficznych. Geodezja i mapowanie to dwie ważne dziedziny zastosowań geodezji.
Nauka o atmosferze
Atmosfera jest istotny obszar przejściowy między powierzchnią stałą planetarną i wyższych rozrzedzonej jonizującego i promieniowania pasów. Nie wszystkie planety mają atmosfery: ich istnienie zależy od masy planety i odległości planety od Słońca – występują zbyt odległe i zamarznięte atmosfery. Oprócz czterech gazowych olbrzymów , prawie wszystkie ziemskie planety ( Ziemia , Wenus i Mars ) mają znaczące atmosfery. Dwa księżyce mają znaczące atmosfery: księżyc Saturna , Tytan i księżyc Neptuna , Tryton . Wokół Merkurego istnieje cienka atmosfera .
Skutki szybkości obrotu planety wokół własnej osi można zaobserwować w strumieniach i prądach atmosferycznych. Widziane z kosmosu, cechy te są widoczne jako pasma i wiry w systemie chmur i są szczególnie widoczne na Jowiszu i Saturnie.
Egzoplanetologia
Egzoplanetologia bada egzoplanety , planety istniejące poza Układem Słonecznym . Do niedawna możliwości badania egzoplanet były niezwykle ograniczone, ale przy obecnym tempie innowacji w technologii badawczej egzoplanetologia stała się szybko rozwijającą się poddziedziną astronomii .
Porównawcza nauka planetarna
Nauka planetarna często posługuje się metodą porównań, aby lepiej zrozumieć przedmiot badań. Może to obejmować porównanie gęstych atmosfer Ziemi i Tytana , księżyca Saturna , ewolucji zewnętrznych obiektów Układu Słonecznego w różnych odległościach od Słońca lub geomorfologii powierzchni planet ziemskich, by podać tylko kilka przykładów.
Podstawowym porównaniem, jakie można dokonać, są cechy na Ziemi, ponieważ jest ono znacznie bardziej dostępne i pozwala na wykonanie znacznie większego zakresu pomiarów. Badania analogowe Ziemi są szczególnie powszechne w geologii planetarnej, geomorfologii, a także w naukach o atmosferze.
Zastosowanie analogów naziemnych po raz pierwszy opisał Gilbert (1886).
Działalność zawodowa
Czasopisma
Organy zawodowe
- Wydział Nauk Planetarnych (DPS) Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego
- Amerykańska Unia Geofizyczna
- Towarzystwo meteorytowe
- Europlaneta
Najważniejsze konferencje
- Lunar and Planetary Science Conference (LPSC), zorganizowana przez Instytut Księżycowy i Planetarny w Houston. Odbywa się corocznie od 1970 roku, występuje w marcu.
- Spotkanie Wydziału Nauk Planetarnych (DPS) odbywa się co roku od 1970 roku w innym miejscu, głównie na kontynencie amerykańskim. Występuje około października.
- Coroczne jesienne spotkanie Amerykańskiej Unii Geofizycznej (AGU) w grudniu w San Francisco.
- Wspólne Zgromadzenie Amerykańskiej Unii Geofizycznej (AGU) (współsponsorowane z innymi stowarzyszeniami) w okresie od kwietnia do maja, w różnych miejscach na świecie.
- Coroczne spotkanie Meteoritical Society , odbywające się latem na półkuli północnej, na przemian z Ameryki Północnej i Europy.
- Europejski Kongres Nauki Planetarnej (EPSC), odbywający się co roku około września w jednym miejscu w Europie.
Mniejsze warsztaty i konferencje z poszczególnych dziedzin odbywają się na całym świecie przez cały rok.
Główne instytucje
Ta niewyczerpująca lista obejmuje te instytucje i uniwersytety, w których znajdują się główne grupy ludzi zajmujących się planetologią. Używana jest kolejność alfabetyczna.
Krajowe agencje kosmiczne
- Kanadyjska Agencja Kosmiczna (CSA). Roczny budżet 488,7 mln CAD (2013-2014).
- Chińska Narodowa Administracja Kosmiczna (CNSA) (Chińska Republika Ludowa). Budżet 0,5–1,3 mld USD (szacunkowo).
- Centre national d'études przestrzenne Francuskie Narodowe Centrum Badań Kosmicznych, Budżet 1,920 mld EUR (2012).
- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt eV , (niemiecki: w skrócie DLR), Niemieckie Centrum Aeronautyczne. Budżet 2 miliardy dolarów (2010).
- Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). Budżet 5,51 mld USD (2013).
- Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO),
- Izraelska Agencja Kosmiczna (ISA),
- Budżet Włoskiej Agencji Kosmicznej ~ 1 mld USD (2010).
- Japońska Agencja Badań Kosmicznych (JAXA). Budżet 2,15 mld USD (2012).
- NASA : Znaczna liczba grup badawczych, w tym JPL , GSFC , Ames . Budżet 18,72 mld USD (2011).
- Narodowa Organizacja Kosmiczna (Tajwan).
- Budżet Rosyjskiej Federalnej Agencji Kosmicznej 5,61 mld USD (2013).
- Brytyjska Agencja Kosmiczna (UKSA).
Inne instytucje
- Arktyczny Instytut Nauk Planetarnych
- Arizona State University „s School of Earth and Space Exploration
- Australian National University „s Planetary Science Institute
- Grupa Nauk o Ziemi Planetarnej Uniwersytetu Browna
- Caltech 's Division of Geological and Planetary Sciences and Planetary Sciences subdivision
- Cornell University „s Przestrzeń i Planetary Science
- Curtin University „s School of Ziemi i Nauk Planetarnych
- Florida Institute of Technology „s Wydział Fizyki i Nauk Kosmicznych
- Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa
- Instytut Księżycowy i Planetarny
- Max Planck Institute for Solar System Research , Departament Planet i Komet
- MIT Departament Nauk o Ziemi, Atmosfery i Planetarnych
- Otwarty Uniwersytet Instytut Badań Planetarnych i Kosmicznych
- Planetarny Instytut Naukowy
- Stony Brook University „s Wydział Nauk o Ziemi i wkrótce otwarte Centrum Badań Planetarnych
- UCL / Birkbeck „s Centrum Nauk Planetarnych
- University of Arizona „s Lunar and Planetary Lab
- University of Arkansas „s Center for przestrzeni i Nauk Planetarnych
- University of California Los Angeles „s Department of Earth, planetarnych i przestrzeń Nauk
- University of California w Santa Cruz „s Department of Earth & Planetary Sciences
- University of Hawaii „s Hawaii Instytut Geofizyki i planetologia
- Uniwersytet w Kopenhadze „s Center for Planetary Badań
- Grupa Nauk Planetarnych Uniwersytetu Centralnej Florydy
- Uniwersytet Kolumbii Brytyjskiej Wydział Nauk o Ziemi, Oceanie i Atmosferze
- University of Western Ontario „s Center for Planetary Science and Exploration
- Uniwersytet Tennessee Wydział Nauk o Ziemi i Planetarnych
- Wydział Nauk Astrofizycznych i Planetarnych Uniwersytetu Kolorado
- Washington University w St. Louis 's Department of Earth and Planetary Sciences
- INAF – Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali ( it )
Podstawowe koncepcje
Zobacz też
- Kartografia planetarna
- Planetarny układ współrzędnych
- Selenografia – badanie powierzchni i cech fizycznych Księżyca
- Planetologia teoretyczna
- Kalendarium eksploracji Układu Słonecznego
Bibliografia
Dalsza lektura
- Carr, Michael H., Saunders, RS, Strom, RG, Wilhelms, DE 1984. Geologia planet ziemskich . NASA.
- Morrisonie, Dawidzie. 1994. Odkrywanie światów planetarnych . WH Freemana. ISBN 0-7167-5043-0
- Hargitai H i in. (2015) Klasyfikacja i charakterystyka form terenu planetarnego. W: Hargitai H (red) Encyklopedia planetarnych form lądowych. Skoczek. doi : 10.1007/978-1-4614-3134-3 https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-1-4614-3134-3%2F1.pdf
- Hauber E i in. (2019) Planetarne mapy geologiczne. W: Hargitai H (red.) Kartografia planetarna i GIS. Skoczek.
- Strona D (2015) Geologia form terenu planetarnego . W: Hargitai H (red) Encyklopedia planetarnych form lądowych. Skoczek.
- Rossi, AP, van Gasselt S (red.) (2018) Geologia planetarna. Skoczek
Zewnętrzne linki
- Odkrycia badań planetarnych (artykuły)
- The Planetary Society (największa na świecie grupa interesu zajmująca się przestrzenią kosmiczną: zobacz także ich aktywny blog informacyjny )
- Planetary Exploration Newsletter (profesjonalny biuletyn publikowany przez PSI, cotygodniowa dystrybucja)
- Kobiety w nauce planetarnej (profesjonalne sieci i wiadomości)