Planetární věda - Planetary science - Wikipedia

Fotografie z Apollo 15 orbitální jednotka Rilles v blízkosti kráteru Aristarchos na Měsíc.

Planetární věda nebo, vzácněji, planetologie, je vědecká studie o planety (počítaje v to Země ), měsíce, a planetární systémy (zejména z Sluneční Soustava ) a procesy, které je tvoří. Studuje objekty o velikosti od mikrometeoroidy na plynové obry, jejichž cílem je určit jejich složení, dynamiku, formaci, vzájemné vztahy a historii. Je to silně mezioborové pole, původně rostoucí z astronomie a věda o Zemi,[1] ale který nyní zahrnuje mnoho oborů, včetně planetární geologie (dohromady s geochemie a geofyzika ), kosmochemie, věda o atmosféře, oceánografie, hydrologie, teoretická planetární věda, glaciologie, a exoplanetologie.[1] Mezi spojenecké disciplíny patří vesmírná fyzika, pokud jde o účinky slunce o tělech sluneční soustavy a astrobiologie.

Existují vzájemně propojená pozorovací a teoretická odvětví planetární vědy. Pozorovací výzkum může zahrnovat kombinaci průzkum vesmíru, převážně s robotická kosmická loď mise pomocí dálkový průzkum Země a srovnávací experimentální práce v pozemských laboratořích. Teoretická složka zahrnuje značné počítačová simulace a matematické modelování.

Planetární vědci se obecně nacházejí v odděleních astronomie a fyziky nebo věd o Zemi na univerzitách nebo ve výzkumných střediscích, ačkoli po celém světě existuje několik čistě planetárních vědeckých ústavů. Každý rok se koná několik významných konferencí a široká škála konferencí recenzované časopisy. Někteří planetární vědci pracují v soukromých výzkumných centrech a často iniciují úkoly výzkumu partnerství.

Dějiny

Dá se říci, že historie planetární vědy začala u starořeckého filozofa Democritus, kterého uvádí Hippolytus jak říká

Uspořádané světy jsou neomezené a liší se velikostí, a že v některých není ani slunce, ani měsíc, ale v jiných jsou oba větší než u nás, a přesto u jiných více. A že intervaly mezi uspořádanými světy jsou nerovné, tu a tam méně a že některé se zvětšují, jiné vzkvétají a jiné se rozpadají, a zde vznikají a tam jsou zastíněny. Ale že jsou zničeni vzájemnou srážkou. A že některé uspořádané světy jsou bez zvířat a rostlin a veškeré vody.[2]

V modernější době začala planetární věda v astronomii, a to ze studií nevyřešených planet. V tomto smyslu by byl původní planetární astronom Galileo, který objevil čtyři největší měsíce roku Jupiter, hory na Měsíc a nejprve pozoroval prsteny Saturnu, všechny předměty intenzivního pozdějšího studia. Galileova studie o měsíčních horách v roce 1609 také zahájila studium mimozemských krajin: jeho pozorování „že Měsíc rozhodně nemá hladký a vyleštěný povrch“ naznačuje, že by se on a další světy mohly objevit „stejně jako tvář samotné Země“ .[3]

Pokroky v konstrukci dalekohledu a instrumentální rozlišení postupně umožňovaly zvýšenou identifikaci atmosférických a povrchových detailů planet. Měsíc byl zpočátku nejvíce studován, protože vždy vykazoval na svém povrchu podrobnosti díky své blízkosti k Zemi a technologická vylepšení postupně produkovala podrobnější měsíční geologické znalosti. V tomto vědeckém procesu byly hlavní přístroje astronomické optické dalekohledy (a později radioteleskopy ) a nakonec robotické průzkumné kosmická loď.

Sluneční soustava byla nyní relativně dobře prozkoumána a existuje dobré celkové porozumění formování a vývoji této planetární soustavy. Existuje však velké množství nevyřešených otázek,[4] a rychlost nových objevů je velmi vysoká, částečně kvůli velkému počtu meziplanetárních kosmických lodí, které v současné době zkoumají sluneční soustavu.

Disciplíny

Planetární věda studuje observační a teoretickou astronomii, geologii (exogeologii), vědu o atmosféře a rozvíjející se specializaci v planetární oceány.[5]

Planetární astronomie

Jedná se o pozorovací i teoretickou vědu. Pozorovací vědci se převážně zabývají studiem malých těles sluneční soustavy: těmi, které jsou pozorovány dalekohledy, optickými i rádiovými, takže jsou určovány charakteristiky těchto těles, jako je tvar, spin, povrchové materiály a zvětrávání, a lze pochopit historii jejich vzniku a vývoje.

Teoretická planetární astronomie se zabývá dynamika: uplatňování zásad nebeská mechanika do sluneční soustavy a extrasolární planetární systémy. Každá planeta má svůj vlastní předmět.

Planeta: Předmět: Pojmenováno (NB: tyto výrazy se používají zřídka)

Planetární geologie

Hlavní článek: Planetární geologie
Viz také: Geologie slunečních suchozemských planet a Ledový měsíc

Nejznámější výzkumná témata planetární geologie se zabývají planetárními tělesy v blízkém okolí Země: Měsíc a dvě sousední planety: Venuše a Mars. Z nich byl nejprve studován Měsíc pomocí metod vyvinutých dříve na Zemi.

Geomorfologie

Hlavní článek: Geomorfologie

Geomorfologie studuje rysy na planetárních površích a rekonstruuje historii jejich formování, přičemž odvozuje fyzikální procesy, které na povrch působily. Planetární geomorfologie zahrnuje studium několika tříd povrchových prvků:

  • Rázové funkce (vícekruhové pánve, krátery)[6]
  • Sopečné a tektonické prvky (lávové proudy, pukliny, Rilles )[7]
  • Ledové rysy[8]
  • Liparské rysy[9]
  • Zvětrávání vesmíru - erozní účinky vyvolané drsným prostředím vesmíru (nepřetržité bombardování mikrometeority, vysokoenergetický déšť částic, nárazové zahradnictví ). Například tenký protiprachový kryt na povrchu měsíční regolit je výsledkem bombardování mikrometeority.
  • Hydrologické vlastnosti: použitá kapalina se může pohybovat od vody po uhlovodík a amoniak, v závislosti na umístění ve sluneční soustavě. Tato kategorie zahrnuje studium paleohydrologických rysů (paleokanály, paleolaky).[10]

Historie planetárního povrchu může být dešifrována mapováním prvků shora dolů podle jejich sekvence depozice, jak bylo poprvé stanoveno na pozemských vrstvy podle Nicolas Steno. Například, stratigrafické mapování připravil Apollo astronauti pro polní geologii, s nimiž by se setkali na svých měsíčních misích. Překrývající se sekvence byly identifikovány na obrázcích pořízených Program Lunar Orbiter a ty byly použity k přípravě měsíce stratigrafický sloupec a geologická mapa Měsíce.

Další informace: Geologie Měsíce

Kosmochemie, geochemie a petrologie

Hlavní články: Kosmochemie, Geochemie, a Petrologie

Jedním z hlavních problémů při vytváření hypotéz o formování a vývoji objektů ve sluneční soustavě je nedostatek vzorků, které lze analyzovat v laboratoři, kde je k dispozici velká sada nástrojů a celá řada poznatků odvozených z pozemské geologie lze přinést. Přímé vzorky z Měsíce, asteroidy a Mars jsou přítomny na Zemi, odstraněny z jejich mateřských těl a doručeny jako meteority. Některé z nich byly kontaminovány oxidující účinek zemské atmosféry a infiltrace do biosféra, ale tyto meteority byly shromážděny v posledních několika desetiletích od Antarktida jsou téměř úplně nedotčené.

Různé druhy meteoritů, které pocházejí z pás asteroidů pokrývají téměř všechny části struktury diferencované těla: existují dokonce meteority, které pocházejí z hranice jádra a pláště (pallasity ). Kombinace geochemie a pozorovací astronomie také umožnila vystopovat HED meteority zpět ke konkrétnímu asteroidu v hlavním pásu, 4 Vesta.

Poměrně málo známých Marťanské meteority poskytly vhled do geochemického složení marťanské kůry, ačkoli nevyhnutelný nedostatek informací o jejich počátcích na rozmanitém povrchu Marsu znamenal, že neposkytují podrobnější omezení týkající se teorií vývoje marťanů litosféra.[11] Ke dni 24. července 2013 bylo na Zemi objeveno 65 vzorků marťanských meteoritů. Mnoho z nich bylo nalezeno buď v Antarktidě, nebo na saharské poušti.

Během doby Apolla, v Program Apollo, 384 kilogramů měsíční vzorky byly shromážděny a přepraveny na Zemi a 3 sovětský Luna roboti také dodávali regolit vzorky z Měsíce. Tyto vzorky poskytují nejkomplexnější záznam o složení jakéhokoli tělesa sluneční soustavy vedle Země. Počet měsíčních meteoritů v posledních několika letech rychle roste -[12] od dubna 2008 existuje 54 meteoritů, které byly oficiálně klasifikovány jako lunární. Jedenáct z nich pochází ze sbírky antarktických meteoritů v USA, 6 pochází ze sbírky japonských antarktických meteoritů a dalších 37 pochází z horkých pouštních lokalit v Africe, Austrálii a Střední východ. Celková hmotnost rozpoznaných lunárních meteoritů se blíží 50 kg.

Geofyzika

Hlavní články: Geofyzika a Fyzika vesmíru

Vesmírné sondy umožňovaly sběr dat nejen v oblasti viditelného světla, ale i v jiných oblastech elektromagnetického spektra. Planety lze charakterizovat jejich silovými poli: gravitací a jejich magnetickými poli, která jsou studována prostřednictvím geofyziky a fyziky vesmíru.

Měření změn zrychlení, které zažívají kosmické lodě při jejich oběžné dráze, umožnilo jemné detaily gravitační pole planet, které mají být mapovány. Například v 70. letech byly poruchy gravitačního pole výše lunární maria byly měřeny pomocí lunárních orbiterů, což vedlo k objevení koncentrací hmoty, maskoti, pod povodími Imbrium, Serenitatis, Crisium, Nectaris a Humorum.

The solární bouře je vychýlen magnetosférou (ne v měřítku)

Pokud je planeta magnetické pole je dostatečně silný, jeho interakce se slunečním větrem tvoří a magnetosféra kolem planety. Rané vesmírné sondy objevily hrubé rozměry pozemského magnetického pole, které se rozprostírá asi 10 poloměrů Země směrem ke Slunci. The solární bouře, proud nabitých částic, proudí ven a kolem pozemského magnetického pole a pokračuje za magnetickým ocasem, stovky zemských poloměrů po proudu. Uvnitř magnetosféry jsou relativně husté oblasti částic slunečního větru, Van Allenovy radiační pásy.

Geofyzika zahrnuje seismologie a tektonofyzika, dynamika geofyzikální tekutiny, minerální fyzika, geodynamika, matematická geofyzika, a geofyzikální průzkum.

Planetární geodézie, (také známá jako planetární geodetika) se zabývá měřením a reprezentací planet sluneční soustavy, jejich gravitační pole a geodynamické jevy (polární pohyb v trojrozměrném, časově proměnném prostoru. Věda o geodézii má prvky jak astrofyziky, tak planetárních věd. Tvar Země je do značné míry výsledkem její rotace, která způsobuje její rovníkové vyboulení, a konkurence geologických procesů, jako je srážka desek a vulkanismus, vzdoroval Zemi gravitace pole. Tyto principy lze aplikovat na pevný povrch Země (orogeny; Několik hor je vyšších než 10 km (6 mi), několik hlubinných příkopů hlubších než to, protože jednoduše, tak vysoká hora jako například 15 km (9 mi) by se vyvinula tolik tlak na své základně, kvůli gravitaci, že se tam skála stane plastický a hora by se v geologicky nevýznamném čase propadla zpět do výšky zhruba 10 km (6 mi). Některé nebo všechny tyto geologické principy lze použít na jiné planety kromě Země. Například na Marsu, jehož povrchová gravitace je mnohem menší, největší sopka, Olympus Mons, je na svém vrcholu 27 km (17 mil), což je výška, kterou nebylo možné na Zemi udržet. Země geoid je v podstatě postava Země abstrahovaná od jejích topografických rysů. Proto je Mars geoid v podstatě postavou Marsu abstrahovanou od jeho topografických rysů. Geodetické a mapování jsou dvě důležité oblasti použití geodézie.

Věda o atmosféře

Hlavní články: Věda o atmosféře a Globální klimatický model
Mraky jsou jasně viditelné na Jupiter.

The atmosféra je důležitá přechodová zóna mezi pevným planetárním povrchem a vyšším zředěným ionizující a radiační pásy. Ne všechny planety mají atmosféry: jejich existence závisí na hmotnosti planety a vzdálenosti planety od Slunce - dochází k příliš vzdáleným a zmrzlým atmosférám. Kromě čtyř plynový gigant planety, téměř všechny pozemské planety (Země, Venuše, a Mars ) mají významnou atmosféru. Dva měsíce mají významnou atmosféru: Saturn měsíc Titan a Neptune měsíc Triton. Kolem existuje řídká atmosféra Rtuť.

Účinky rychlost rotace planety kolem její osy lze vidět v atmosférických proudech a proudech. Při pohledu z vesmíru se tyto funkce zobrazují jako pásma a víry v cloudovém systému a jsou zvláště viditelné na Jupiteru a Saturnu.

Srovnávací planetární věda

Hlavní článek: Srovnávací planetární věda

Planetární věda často využívá metodu srovnání k lepšímu porozumění předmětu studia. To může zahrnovat srovnání husté atmosféry Země a Saturnova měsíce Titan, vývoj vnějších objektů sluneční soustavy v různých vzdálenostech od Slunce nebo geomorfologie povrchů pozemských planet, abychom uvedli jen několik příkladů.

Hlavní srovnání, které lze provést, je s vlastnostmi na Zemi, protože je mnohem přístupnější a umožňuje provádět mnohem větší rozsah měření. Analogické studie Země jsou obzvláště běžné v planetární geologii, geomorfologii a také ve vědě o atmosféře.

Použití pozemských analogů poprvé popsal Gilbert (1886).[13]

Profesionální činnost

Časopisy

Profesní orgány

Hlavní konference

Po celý rok se na celém světě konají menší workshopy a konference o konkrétních oborech.

Hlavní instituce

Tento neúplný seznam zahrnuje instituce a univerzity s hlavními skupinami lidí pracujících v planetární vědě. Používá se abecední pořadí.

Národní vesmírné agentury

Jiné instituce

Základní pojmy

Viz také

Reference

  1. ^ A b Taylor, Stuart Ross (29. července 2004). „Proč nemohou být planety jako hvězdy?“. Příroda. 430 (6999): 509. Bibcode:2004 Natur.430..509T. doi:10.1038 / 430509a. PMID  15282586. S2CID  12316875.
  2. ^ Hippolytus (antipope); Origen (1921). Philosophumena (Digitalizováno 9. května 2006). 1. Překlad Francis Legge, F.S.A. Originál z Harvardské univerzity .: Společnost pro podporu křesťanských znalostí. Citováno 22. května 2009.
  3. ^ Taylor, Stuart Ross (1994). „Ticho na vrcholu v Darienu“. Příroda. 369 (6477): 196–197. Bibcode:1994Natur.369..196T. doi:10.1038 / 369196a0. S2CID  4349517.
  4. ^ Stern, Alan. „Deset věcí, které si přeji, abychom skutečně věděli v planetární vědě“. Citováno 2009-05-22.
  5. ^ Je mimozemský život potlačován v podpovrchových oceánských světech kvůli nedostatku bioesenciálních prvků?, The Astronomical Journal, 156: 151, říjen 2018.
  6. ^ Hargitai, Henrik; Kereszturi, Ákos, eds. (2015). Encyclopedia of Planetary Landforms. New York: Springer. doi:10.1007/978-1-4614-3134-3. ISBN  978-1-4614-3133-6. S2CID  132406061.
  7. ^ Hargitai, Henrik; Kereszturi, Ákos, eds. (2015). Encyclopedia of Planetary Landforms. New York: Springer. doi:10.1007/978-1-4614-3134-3. ISBN  978-1-4614-3133-6. S2CID  132406061.
  8. ^ Hargitai, Henrik; Kereszturi, Ákos, eds. (2015). Encyclopedia of Planetary Landforms. New York: Springer. doi:10.1007/978-1-4614-3134-3. ISBN  978-1-4614-3133-6. S2CID  132406061.
  9. ^ Hargitai, Henrik; Kereszturi, Ákos, eds. (2015). Encyclopedia of Planetary Landforms. New York: Springer. doi:10.1007/978-1-4614-3134-3. ISBN  978-1-4614-3133-6. S2CID  132406061.
  10. ^ Lefort, Alexandra; Williams, Rebecca; Korteniemi, Jarmo (2015), „Inverted Channel“, Hargitai, Henrik; Kereszturi, Ákos (eds.), Encyclopedia of Planetary Landforms, New York: Springer, s. 1048–1052, doi:10.1007/978-1-4614-3134-3_202, ISBN  978-1-4614-3133-6
  11. ^ „UW - Laramie, Wyoming | University of Wyoming“.
  12. ^ {curator.jsc.nasa.gov/antmet/lmc/lmcintro.pdf}
  13. ^ Hargitai, Henrik; Kereszturi, Ákos, eds. (2015). Encyclopedia of Planetary Landforms. New York: Springer. doi:10.1007/978-1-4614-3134-3. ISBN  978-1-4614-3133-6. S2CID  132406061.

Další čtení

  • Carr, Michael H., Saunders, R. S., Strom, R. G., Wilhelms, D. E. 1984. Geologie pozemských planet. NASA.
  • Morrison, David. 1994. Za poznáním planetárních světů. W. H. Freeman. ISBN  0-7167-5043-0
  • Hargitai H a kol. (2015) Klasifikace a charakterizace planetárních pozemských forem. In: Hargitai H (ed) Encyclopedia of Planetary Landforms. Springer. doi:10.1007/978-1-4614-3134-3 https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-1-4614-3134-3%2F1.pdf
  • Hauber E a kol. (2019) Planetární geologické mapování. In: Hargitai H (ed) Planetární kartografie a GIS. Springer.
  • Stránka D (2015) Geologie planetárních pozemských forem. In: Hargitai H (ed) Encyclopedia of Planetary Landforms. Springer.
  • Rossi, A.P., van Gasselt S (eds) (2018) Planetární geologie. Springer

externí odkazy