Planetarisk geofysik:Hvad er det? Hvad kan det lære os om at finde liv hinsides Jorden?

Universe Today har undersøgt vigtigheden af ​​at studere nedslagskratere, planetoverflader, exoplaneter, astrobiologi, solfysik, kometer og planetariske atmosfærer, og hvordan disse spændende videnskabelige discipliner kan hjælpe videnskabsmænd og offentligheden til bedre at forstå, hvordan vi forfølger livet uden for Jorden.

Her vil vi kigge indad og undersøge den rolle, som planetarisk geofysik spiller i at hjælpe videnskabsfolk med at få større indsigt i vores solsystem og videre, herunder fordelene og udfordringerne, at finde liv hinsides Jorden, og hvordan kommende studerende kan fortsætte med at studere planetarisk geofysik. Så hvad er planetarisk geofysik, og hvorfor er det så vigtigt at studere det?

"Planetarisk geofysik er studiet af, hvordan planeter og deres indhold opfører sig og udvikler sig over tid," fortæller Dr. Marshall Styczinski, der er en affiliate Research Scientist ved Blue Marble Space Institute of Science, til Universe Today. "Det er i bund og grund studiet af, hvad der ligger nedenfor, med fokus på det, vi ikke kan se, og hvordan det relaterer sig til det, vi kan se og måle. De fleste af planeterne (inklusive Jorden!) er skjult for øje - geofysik er, hvordan vi ved det. alt om Jorden under det dybeste, vi har gravet ned!"

Som navnet antyder, er geofysik studiet af at forstå fysikken bag geologiske processer, både på Jorden og andre planetariske legemer, med vægt på indre geologiske processer. Dette er specifikt nyttigt for planetariske legemer, der er differentierede, hvilket betyder, at de har flere indvendige lag som følge af, at tungere elementer synker til midten, mens de lettere elementer forbliver tættere på overfladen.

Planeten Jorden er for eksempel adskilt i skorpen, kappen og kernen, hvor hver har sine egne underlag, og forståelsen af ​​disse indre processer hjælper videnskabsmænd med at sammensætte, hvordan Jorden var for milliarder af år siden og endda komme med forudsigelser mht. planetens miljø i en fjern fremtid.

Disse indre processer driver overfladeprocesserne, herunder vulkanisme og pladetektonik, som begge er ansvarlige for at opretholde henholdsvis jordens temperatur og genanvende materialer. Så hvad er nogle af fordelene og udfordringerne ved at studere planetarisk geofysik?

Dr. Styczinski siger til Universe Today:"Geofysik giver os værktøjerne til at bestemme, hvad der findes under den synlige overflade af planetariske legemer (planeter, måner, asteroider osv.). Det er vores eneste måde at lære om det, vi ikke kan se! At finde ud af, hvad der er inde i en planet, og under hvilke forhold, som hvor meget tryk og varme for hvert lag, hjælper os med at opbygge en historie for planeten og vide, hvordan den vil fortsætte med at ændre sig over tid."

I modsætning hertil understreger Dr. Styczinski også overfor Universe Today udfordringerne, idet han bemærker vanskeligheden ved at reproducere geologiske forhold, der opstår over millioner af år, selv med de mest sofistikerede laboratorier i verden, på grund af deres langsomme bevægelser over store mængder af tid. Derudover bemærker han, at der nogle gange kræves partikelacceleratorer for at genskabe de ekstreme forhold inden for gasgiganter, som også er differentierede, dog med gas- og væskelag, i modsætning til sten.

Men Jorden er ikke den eneste klippeverden i vores solsystem, der udviser differentiering, da alle fire klippeplaneter (Merkur, Venus, Jorden og Mars) udviser en form for indre lagdeling, der er opstået over milliarder af år, dog i mindre skalaer pga. til deres størrelser. Ud over planeterne udviser mange klippemåner i hele solsystemet også differentiering, herunder Jupiters galilæiske måner, Io, Europa, Ganymedes og Callisto, og flere af Saturns måner, inklusive Titan, Enceladus og Mimas.

Af disse måner er Europa, Titan og Enceladus i øjeblikket mål for astrobiologer, da Europa og Enceladus er blevet bekræftet at have indre flydende vandhave, hvor Titan også præsenterer stærke beviser. Derudover er Titan den eneste måne med en tæt atmosfære, og ligesom Jorden har den sandsynligvis indre geofysik, der driver den. Men hvad kan planetarisk geofysik lære os om at finde liv hinsides Jorden?

"Vi har lært af at studere Mars, at planeternes overflader kan være ret fjendtlige over for livet, som vi kender det," siger Dr. Styczinski til Universe Today. "Hvis og når vi er i stand til at finde liv andre steder i solsystemet, som vi ikke selv bragte dertil, vil det sandsynligvis blive fundet under overfladen, hvor det kan beskyttes mod det barske miljø ved overfladen. Geofysikken giver os betyder at planlægge ekspeditioner i undergrunden, og den eneste metode til at finde flydende vand, der er skjult på iskolde måner

Grunden til, at Mars overflade er ugæstfri over for liv, som vi kender den, skyldes dens mangel på en tyk atmosfære, som er ansvarlig for at forhindre solens ladede partikler i solvinden i at nå planetoverfladen. Mens Mars engang havde et kraftigt magnetfelt, bemærker Dr. Styczinski til Universe Today, at "Nogle forskere mener, at magnetiske felter faktisk kan fjerne atmosfæren", mens han hurtigt bemærker, at dette "er et emne for heftig debat." Mars havde engang en tykkere atmosfære, som gik tabt sammen med dets magnetfelt over milliarder af år, da den røde planets indre afkøledes.

Ud over vores solsystem fortæller Dr. Styczinski til Universe Today, at planetarisk geofysik også gør et fremragende stykke arbejde med at hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå exoplaneter, specifikt multiplanetsystemer som vores eget. Selvom ingen exoplanetoverflade endnu er blevet afbildet, hjælper en bedre forståelse af de geofysiske processer af planetlegemer i vores solsystem videnskabsmænd med at få indsigt i, hvordan de samme processer kan forekomme på planeter i hele kosmos, inklusive magnetfeltet, også.

En planets magnetfelt er drevet af de indre processer, der finder sted i dens ydre kerne, som for Jorden består af kværnende, flydende metalvæske, hvorimod den indre kerne er en solid kugle af komprimeret metal. Når denne ydre kernes væske cirkulerer og cirkulerer, skaber den elektriske strømme, der producerer det massive magnetfelt, der omslutter vores lille, blå verden i en boble af beskyttelse mod skadeligt rumvejr.

Jordens magnetfelt fanger ladede partikler i strålingsbælter i rummet i nærheden. Måden magnetfeltet beskytter vores planet på kan ses under magnetiske storme fra solen, når magnetosfæren bøjer og bøjer som reaktion, og sender partikler fra disse strålingsbælter tæt på overfladen i de høje nordlige og sydlige breddegrader. Der interagerer de med jordens atmosfære for at producere de betagende nordlys, der ofte observeres i Alaska, de nordiske lande og Antarktis.

Men selvom Jordens magnetfelt er imponerende, er det kun passende, at den største planet i solsystemet, Jupiter, ligeledes har det største magnetfelt, hvis "hale" strækker sig så langt som til Saturns bane, eller cirka 400 millioner miles. Derudover kan de interne processer, der er ansvarlige for at generere magnetiske felter på gasformige planeter som Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun, være markant anderledes end på Jorden. Derfor, givet alle disse variabler og processer, hvad er det mest spændende aspekt af planetarisk geofysik, som Dr. Styczinski har studeret i løbet af sin karriere?

"Den del af planetarisk geofysik, som jeg finder den mest spændende, er at bruge det usynlige magnetfelt til at fornemme underjordiske oceaner," siger Dr. Styczinski til Universe Today. "Jeg bliver ved med at blive blæst bagover af, hvordan det hele fungerer, når jeg virkelig tænker over det. Salt havvand afspejler delvist de felter, de udsættes for fra deres moderplanet, som i Jupiter og dens måne Europa. Vi bruger disse målinger sammen med laboratoriet studier her på Jorden og geofysik for at forstå de materielle lag inde i Europa for at finde ud af havets egenskaber Det blæser mig stadig, at denne proces fungerer så godt, som den gør."

Som de fleste videnskabelige områder omfatter planetarisk geofysik et utal af videnskabelige discipliner og baggrunde med det mål at besvare universets sværeste spørgsmål gennem konstant samarbejde og innovation. Geofysik er en kombination af geologi og fysik, men inkorporerer også matematik, kemi, atmosfærisk videnskab, seismologi, mineralogi og mange andre med det formål bedre at forstå de indre processer af Jorden og andre planetariske legemer i hele solsystemet og videre. Derfor, hvilke råd kan Dr. Styczinski tilbyde kommende studerende, der ønsker at studere planetarisk geofysik?

"Der er mange veje ind i geofysikken, og mange forskellige ting at studere og måder at studere dem på," siger Dr. Styczinski til Universe Today. "Dine tidligere studier behøver ikke at være specifikke for geofysik eller overhovedet involvere geologi. Måske er det mest produktive træk, du kan gøre, at bede om hjælp, især fra nogen, der studerer et emne, der interesserer dig. Computerprogrammeringsfærdigheder er uvurderlige. Jeg anbefaler at lære Python – det er gratis og udbredt i hele videnskaben. Der er mange tutorials tilgængelige, også gratis.>

Leveret af Universe Today