Planetární věda - Planetary science

Fotografie z orbitální jednotky Apollo 15 rilles v blízkosti kráteru Aristarchus na Měsíci .

Planetární věda nebo vzácněji planetologie je vědecké studium planet (včetně Země ), měsíců a planetárních systémů (zejména sluneční soustavy ) a procesů, které je tvoří. Studuje objekty různých velikostí od mikrometeoroidů po plynné obry s cílem určit jejich složení, dynamiku, formování, vzájemné vztahy a historii. Jedná se o silně interdisciplinární obor, původně vyrůstající z astronomie a vědy o Zemi , který však nyní zahrnuje mnoho oborů, včetně planetární geologie (spolu s geochemií a geofyzikou ), kosmochemie , atmosférické vědy , oceánografie , hydrologie , teoretické planetární vědy , glaciologie a exoplanetologie . Mezi spojenecké disciplíny patří vesmírná fyzika , zabývá -li se účinky Slunce na tělesa sluneční soustavy, a astrobiologie .

Existují vzájemně související pozorovací a teoretická odvětví planetární vědy. Pozorovací výzkum může zahrnovat kombinaci průzkumu vesmíru , převážně s robotickými misemi kosmických lodí využívajících dálkový průzkum Země, a srovnávací experimentální práci v laboratořích na Zemi. Teoretická část zahrnuje značnou počítačovou simulaci a matematické modelování.

Planetární vědci jsou obvykle umístěni v odděleních astronomie a fyziky nebo věd o Zemi na univerzitách nebo ve výzkumných centrech, ačkoli po celém světě existuje několik čistě planetárních vědeckých ústavů. Každý rok se koná několik velkých konferencí a široká škála recenzovaných časopisů . Někteří planetární vědci pracují v soukromých výzkumných centrech a často zahajují úkoly partnerského výzkumu.

Dějiny

Dalo by se říci, že dějiny planetární vědy začaly u starověkého řeckého filozofa Demokrita , o kterém Hippolytus uvádí, že

Uspořádané světy jsou bezbřehé a liší se velikostí, a že v některých není ani slunce, ani měsíc, ale že v jiných jsou oba větší než u nás, a přesto u jiných početnější. A že intervaly mezi uspořádanými světy jsou nestejné, zde více a tam méně a že některé rostou, jiné vzkvétají a další chátrají, 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.

V modernější době začala planetární věda v astronomii, a to studiem nevyřešených planet. V tomto smyslu by byl původním planetárním astronomem Galileo , který objevil čtyři největší měsíce Jupitera , hory na Měsíci , a nejprve pozoroval prstence Saturnu , všechny objekty intenzivního pozdějšího studia. Galileova studie měsíčních hor v roce 1609 zahájila také studium mimozemské krajiny: jeho pozorování „že Měsíc rozhodně nemá hladký a leštěný povrch“ naznačovalo, že by se tento i další světy mohly objevit „stejně jako tvář samotné Země“ .

Pokroky v konstrukci dalekohledu a instrumentálním rozlišení postupně umožňovaly zvýšenou identifikaci atmosférických a povrchových detailů planet. Měsíc byl zpočátku nejvíce studován, protože kvůli své blízkosti k Zemi vždy vykazoval detaily na svém povrchu a technologická vylepšení postupně přinesla podrobnější lunární geologické znalosti. V tomto vědeckém procesu byly hlavními nástroji astronomické optické teleskopy (a později radioteleskopy ) a nakonec robotické průzkumné kosmické lodě .

Sluneční soustava byla nyní relativně dobře prozkoumána a existuje dobré celkové porozumění vzniku a vývoji této planetární soustavy. Existuje však velké množství nevyřešených otázek a míra 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 vznikající specializaci v planetárních oceánech .

Planetární astronomie

Jedná se o observační i teoretickou vědu. Pozorovatelé se zabývají především studiem malých těles sluneční soustavy: těmi, která jsou pozorována dalekohledy, optickými i rádiovými, takže se určují charakteristiky těchto těles, jako je tvar, rotace, povrchové materiály a zvětrávání, a lze pochopit historii jejich vzniku a vývoje.

Teoretická planetární astronomie se zabývá dynamikou : aplikací principů nebeské mechaniky na sluneční soustavu a extrasolární planetární systémy. Každá planeta má svou vlastní větev.

Planeta: Předmět: Pojmenováno podle (Pozn .: tyto výrazy se používají jen zřídka)

Planetární geologie

Nejznámější výzkumná témata planetární geologie se zabývají planetárními tělesy v blízkém okolí Země: Měsícem a dvěma sousedními planetami: Venuší a Marsem . Z nich byl Měsíc nejprve studován pomocí metod vyvinutých dříve na Zemi.

Geomorfologie

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

  • Vlastnosti nárazu ( vícekruhové pánve , krátery)
  • Sopečné a tektonické rysy (lávové proudy, trhliny, rilles )
  • Glaciální rysy
  • Liparské rysy
  • Vesmírné zvětrávání -erozní efekty generované drsným prostředím vesmíru (kontinuální bombardování mikro meteority, vysokoenergetický částicový déšť, zahradničení s dopadem ). Například tenký prachový kryt na povrchu lunárního regolitu je výsledkem bombardování mikro meteority.
  • Hydrologické vlastnosti: zahrnutá kapalina se může pohybovat od vody po uhlovodíky a čpavek v závislosti na umístění ve sluneční soustavě. Tato kategorie zahrnuje studium paleohydrologických znaků (paleochannels, paleolakes).

Historie planetárním povrchu může být dešifrován mapování je možné od shora dolů v závislosti na jejich depozice sekvenci , jako první určí na pozemní vrstvy od Nicolas Steno . Například stratigrafické mapování připravilo astronauty Apolla na polní geologii, se kterou se setkají na svých lunárních misích. Na snímcích pořízených programem Lunar Orbiter byly identifikovány překrývající se sekvence , které byly použity k přípravě lunárního stratigrafického sloupce a geologické mapy Měsíce.

Kosmochemie, geochemie a petrologie

Jedním z hlavních problémů při vytváření hypotéz o vzniku a vývoji objektů ve sluneční soustavě je nedostatek vzorků, které by bylo možné analyzovat v laboratoři, kde je k dispozici rozsáhlá sada nástrojů a veškeré znalosti odvozené z pozemské geologie lze přenést. Přímé vzorky z Měsíce, asteroidů a Marsu jsou přítomny na Zemi, odstraněny z jejich mateřských těl a doručeny jako meteority . Některé z nich byly kontaminovány oxidačním účinkem zemské atmosféry a infiltrací biosféry , ale tyto meteority shromážděné v posledních několika desetiletích z Antarktidy jsou téměř zcela nedotčené.

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

Poměrně málo známých marťanských meteoritů poskytlo pohled na geochemické složení marťanské kůry, přestože nevyhnutelný nedostatek informací o jejich místech původu na rozmanitém povrchu Marsu znamenal, že neposkytují podrobnější omezení teorií vývoje marťanská litosféra . Ke dni 24. července 2013 bylo na Zemi objeveno 65 vzorků marťanských meteoritů. Mnoho bylo nalezeno buď v Antarktidě, nebo v Saharské poušti.

Během éry Apollo bylo v programu Apollo shromážděno a přepraveno na Zemi 384 kilogramů lunárních vzorků a 3 sovětští roboti Luna také doručili vzorky regolitu z Měsíce. Tyto vzorky poskytují nejkomplexnější záznam o složení jakéhokoli tělesa sluneční soustavy vedle Země. Počet lunárních meteoritů v posledních letech rychle roste - v dubnu 2008 bylo 54 meteoritů oficiálně klasifikováno jako lunární. Jedenáct z nich pochází z americké sbírky antarktických meteoritů, 6 z japonské antarktické sbírky meteoritů a dalších 37 pochází z horkých pouštních lokalit v Africe, Austrálii a na Středním východě. Celková hmotnost rozpoznaných měsíčních meteoritů se blíží 50 kg.

Geofyzika

Vesmírné sondy umožnily sbírat data nejen v oblasti viditelného světla, ale i v dalších 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 zaznamenaných kosmickými loděmi na jejich oběžné dráze umožnilo zmapovat jemné detaily gravitačních polí planet. Například v 70. letech byly poruchy gravitačního pole nad lunární marií měřeny pomocí lunárních orbiterů, což vedlo k objevu koncentrací hmoty, maskotů pod povodím Imbrium, Serenitatis, Crisium, Nectaris a Humorum.

Sluneční vítr je vychýlen magnetosféře (není v měřítku)

Pokud je magnetické pole planety dostatečně silné, jeho interakce se slunečním větrem vytváří kolem planety magnetosféru . Rané vesmírné sondy objevily hrubé rozměry pozemského magnetického pole, které se rozprostírá kolem 10 poloměrů Země směrem ke Slunci. Sluneční vítr , proud nabitých částic, dělí se a kolem zemského magnetického pole, a pokračuje za magnetického ocasu, stovky zemských poloměrů po proudu. Uvnitř magnetosféry jsou relativně husté oblasti částic slunečního větru, Van Allenovy radiační pásy .

Geofyzika zahrnuje seismologii a tektonofyziku , dynamiku geofyzikálních tekutin , minerální fyziku , geodynamiku , matematickou geofyziku a geofyzikální průzkum .

Planetární geodézie (také známá jako planetární geodetika) se zabývá měřením a zobrazováním planet sluneční soustavy, jejich gravitačních polí a geodynamických jevů ( polární pohyb v trojrozměrném, časově proměnném prostoru. Věda o geodézii má prvky jak astrofyzice a planetárních věd. tvar Země je do značné míry důsledkem jeho otáčení, což způsobuje jeho rovníkovou bouli a soutěž geologických procesů, jako je střetu talířů a vulcanism , vzdoroval zemského gravitačního pole . Tyto principy lze aplikovat na pevný povrch Země ( orogeneze ; několik hor je vyšší než 10 km (6 mil), několik hlubokých mořských příkopů je hlubší, protože jednoduše tak vysoká hora, jako je například 15 km ( 9 mil), vyvinul na své základně v důsledku gravitace tak velký tlak , že by se tamní skála stala plastickou a hora by klesla zpět do výšky zhruba 10 km (6 mi) v geologicky nevýznamném čas. Některé nebo všechny tyto geologické principy lze aplikovat na jiné planety kromě Země. Například na Marsu, jehož povrchová gravitace je mnohem menší, je největší sopka Olympus Mons na svém vrcholu 27 km (17 mi) vysoko, což je výška, kterou nebylo možné na Zemi udržet. Geoid Země je v podstatě postava Země odebraná z jejích topografických rysů. Geoid Mars ( areoid je v podstatě postavou Marsu abstrahovanou z jeho topografických rysů. Zeměměřování a mapování jsou dvě důležité oblasti aplikace geodézie.

Atmosférická věda

Na Jupiteru jasně viditelné oblačné pásy .

Atmosféra je důležitá přechodná zóna mezi pevném povrchu planety a vyšší zředěného ionizujícího a radiačních pásech. Ne všechny planety mají atmosféru: jejich existence závisí na hmotnosti planety a vzdálenosti planety od Slunce - vyskytují se příliš vzdálené a zmrzlé atmosféry. Kromě čtyř plynných obřích planet mají téměř všechny pozemské planety ( Země , Venuše a Mars ) významnou atmosféru. Dva měsíce mají významnou atmosféru: Saturnův měsíc Titan a Neptunův měsíc Triton . Kolem Merkuru existuje jemná atmosféra .

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

Exoplanetologie

Exoplanetologie studuje exoplanety , planety existující mimo naši sluneční soustavu . Až donedávna byly způsoby studia exoplanet extrémně omezené, ale při současné rychlosti inovací ve výzkumných technologiích se exoplanetologie stala rychle se rozvíjejícím subfieldem astronomie .

Srovnávací planetární věda

Planetární věda často využívá metodu srovnání, aby lépe porozuměla předmětu studia. To může zahrnovat srovnání hustých atmosfér Země a Saturnova měsíce Titanu , evoluci objektů vnější sluneční soustavy v různých vzdálenostech od Slunce nebo geomorfologii povrchů pozemských planet, abychom uvedli jen několik příkladů.

Hlavní srovnání, které lze provést, je s rysy na Zemi, protože je mnohem přístupnější a umožňuje provádět mnohem větší rozsah měření. Studie analogie Země jsou obzvláště běžné v planetární geologii, geomorfologii a také v atmosférické vědě.

Použití pozemských analogů poprvé popsal Gilbert (1886).

Profesionální činnost

Deníky

Profesní orgány

Významné konference

Menší workshopy a konference o konkrétních oblastech se konají po celém světě po celý rok.

Významné instituce

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

Národní vesmírné agentury

Jiné instituce


Základní pojmy

Viz také

Reference

Další čtení

  • Carr, Michael H., Saunders, RS, Strom, RG, Wilhelms, DE 1984. Geologie pozemských planet . NASA.
  • Morrison, Davide. 1994. Zkoumání planetárních světů . WH Freeman. ISBN  0-7167-5043-0
  • Hargitai H a kol. (2015) Classification and Characterization of Planetary Landforms. 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) Planetary Cartography and GIS. Springer.
  • Strana D (2015) The Geology of Planetary Landforms . In: Hargitai H (ed) Encyclopedia of Planetary Landforms. Springer.
  • Rossi, AP, van Gasselt S (eds) (2018) Planetary Geology. Springer

externí odkazy