Universe Today har undersökt vikten av att studera nedslagskratrar, planetytor, exoplaneter, astrobiologi, solfysik, kometer och planetariska atmosfärer, och hur dessa spännande vetenskapliga discipliner kan hjälpa forskare och allmänheten att bättre förstå hur vi eftersträvar liv bortom jorden.
Här kommer vi att blicka inåt och undersöka vilken roll planetarisk geofysik spelar för att hjälpa forskare att få större insikt i vårt solsystem och bortom, inklusive fördelarna och utmaningarna, att hitta liv bortom jorden och hur kommande studenter kan fortsätta studera planetarisk geofysik. Så, vad är planetarisk geofysik och varför är det så viktigt att studera det?
"Planetär geofysik är studiet av hur planeter och deras innehåll beter sig och utvecklas över tid", säger Dr Marshall Styczinski, som är en affiliate Research Scientist vid Blue Marble Space Institute of Science, till Universe Today. "Det är i huvudsak studiet av vad som ligger nedan, med fokus på det vi inte kan se och hur det relaterar till det vi kan se och mäta. De flesta planeterna (inklusive jorden!) är dolda från synen - geofysik är hur vi vet allt om jorden under det djupaste vi har grävt ner!"
Som namnet antyder är geofysik studiet av att förstå fysiken bakom geologiska processer, både på jorden och andra planetariska kroppar, med tonvikt på inre geologiska processer. Detta är speciellt användbart för planetariska kroppar som är differentierade, vilket innebär att de har flera inre lager som är resultatet av att tyngre element sjunker till mitten medan de lättare elementen förblir närmare ytan.
Planeten Jorden, till exempel, är separerad i skorpan, manteln och kärnan, där var och en har sina egna underlager, och att förstå dessa inre processer hjälper forskare att pussla ihop hur jorden såg ut för miljarder år sedan och till och med göra förutsägelser angående planetens miljö i en lång framtid.
Dessa inre processer driver ytprocesserna, inklusive vulkanism och plattektonik, som båda är ansvariga för att upprätthålla jordens temperatur och återvinna material, respektive. Så, vilka är några av fördelarna och utmaningarna med att studera planetarisk geofysik?
Dr. Styczinski säger till Universe Today, "Geofysiken ger oss verktygen för att avgöra vad som finns under den synliga ytan av planetkroppar (planeter, månar, asteroider, etc.). Det är vårt enda sätt att lära oss om det vi inte kan se! Hitta ut vad som finns inuti en planet, och under vilka förhållanden, som hur mycket tryck och värme för varje lager, hjälper oss att bygga en historia för planeten och veta hur den kommer att fortsätta att förändras över tiden."
Däremot betonar Dr. Styczinski också utmaningarna för Universe Today, och noterar svårigheten att reproducera geologiska förhållanden som inträffar under miljontals år, även med de mest sofistikerade laboratorierna i världen, på grund av deras långsamma rörelser över stora tidsperioder. Dessutom noterar han att partikelacceleratorer ibland krävs för att reproducera de extrema förhållandena inom gasjättar, som också är differentierade, dock med gas- och vätskeskikt, i motsats till berg.
Men jorden är inte den enda steniga världen i vårt solsystem som uppvisar differentiering, eftersom alla fyra steniga planeterna (Mercurius, Venus, Jorden och Mars) uppvisar någon form av inre skiktning som har inträffat under miljarder år, men i mindre skalor pga. till deras storlekar. Förutom planeterna uppvisar många steniga månar i hela solsystemet också differentiering, inklusive Jupiters galileiska månar, Io, Europa, Ganymedes och Callisto, och flera av Saturnus månar, inklusive Titan, Enceladus och Mimas.
Av dessa månar är Europa, Titan och Enceladus för närvarande mål för astrobiologer, eftersom Europa och Enceladus har bekräftats besitta inre hav med flytande vatten, med Titan som också presenterar starka bevis. Dessutom är Titan den enda månen med en tät atmosfär, och precis som jorden har den troligen inre geofysik som driver den. Men vad kan planetgeofysiken lära oss om att hitta liv bortom jorden?
"Vi har lärt oss genom att studera Mars att planeternas ytor kan vara ganska fientliga mot livet som vi känner det", säger Dr Styczinski till Universe Today. "Om och när vi kan hitta liv någon annanstans i solsystemet som vi inte tog dit själva, kommer det förmodligen att finnas under ytan, där det kan skyddas från den hårda miljön på ytan. Geofysiken ger oss innebär att planera för expeditioner i underytan, och den enda metoden för att hitta flytande vatten som är dolt från synen på isiga månar. Det här är de bästa platserna vi känner till att leta efter liv bortom jorden
Anledningen till att Mars yta är ogästvänlig mot liv som vi känner den beror på att den saknar en tjock atmosfär, som är ansvarig för att förhindra solens laddade partiklar i solvinden från att nå planetens yta. Medan Mars en gång hade ett kraftfullt magnetfält, noterar Dr. Styczinski för Universe Today att "Vissa forskare tror att magnetfält faktiskt kan ta bort atmosfären", samtidigt som han snabbt noterar att detta "är ett ämne för hård debatt." Mars hade en gång en tjockare atmosfär, som gick förlorad tillsammans med dess magnetfält under miljarder år när den röda planetens inre svalnade.
Utöver vårt solsystem säger Dr Styczinski till Universe Today att planetarisk geofysik också gör ett utmärkt jobb med att hjälpa forskare att bättre förstå exoplaneter, speciellt multiplanetsystem som vårt eget. Även om ingen exoplanetyta ännu har avbildats, hjälper en bättre förståelse av de geofysiska processerna hos planetkroppar i vårt solsystem forskare att få insikter om hur samma processer kan inträffa på planeter i hela kosmos, inklusive magnetfältet, också.
En planets magnetfält drivs av de inre processer som sker i dess yttre kärna, som för jorden består av kärnande flytande metallvätska, medan den inre kärnan är en solid boll av komprimerad metall. När den här yttre kärnans vätska snurrar och cirkulerar, skapar den elektriska strömmar som producerar det massiva magnetfältet som omsluter vår lilla, blå värld i en bubbla av skydd mot skadligt rymdväder.
Jordens magnetfält fångar laddade partiklar i strålningsbälten i rymden i närheten. Sättet som magnetfältet skyddar vår planet på kan ses under magnetiska stormar från solen, när magnetosfären böjer sig och böjer sig som svar och skickar partiklar från dessa strålningsbälten nära ytan i de höga nordliga och södra latitudområdena. Där interagerar de med jordens atmosfär för att producera de hisnande norrsken som ofta observeras i Alaska, de nordiska länderna och Antarktis.
Men även om jordens magnetfält är imponerande, är det bara passande att den största planeten i solsystemet, Jupiter, likaså har det största magnetfältet, vars "svans" sträcker sig så långt som till Saturnus bana, eller cirka 400 miljoner miles. Dessutom kan de interna processerna som är ansvariga för att generera magnetfält på gasformiga planeter som Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus vara helt annorlunda än på jorden. Med tanke på alla dessa variabler och processer, vad är därför den mest spännande aspekten av planetarisk geofysik som Dr. Styczinski har studerat under sin karriär?
"Den del av planetarisk geofysik som jag tycker är mest spännande är att använda det osynliga magnetfältet för att känna av underjordiska oceaner", säger Dr Styczinski till Universe Today. "Jag fortsätter att bli imponerad av hur allt fungerar när jag verkligen tänker på det. Salta havsvatten återspeglar delvis fälten de utsätts för från sin moderplanet, som i Jupiter och dess måne Europa. Vi använder dessa mätningar tillsammans med laboratorier studerar här på jorden och geofysik för att förstå materialskikten inuti Europa för att räkna ut havets egenskaper Det förbluffar mig fortfarande att den här processen fungerar så bra som den gör."
Liksom de flesta vetenskapliga områden omfattar planetarisk geofysik en myriad av vetenskapliga discipliner och bakgrunder med målet att svara på universums svåraste frågor genom ständigt samarbete och innovation. Geofysik är en kombination av geologi och fysik men inkluderar också matematik, kemi, atmosfärisk vetenskap, seismologi, mineralogi och många andra med målet att bättre förstå de inre processerna hos jorden och andra planetariska kroppar i hela solsystemet och bortom. Därför, vilka råd kan Dr Styczinski ge kommande studenter som vill studera planetgeofysik?
"Det finns många vägar in i geofysik, och många olika saker att studera och sätt att studera dem", säger Dr Styczinski till Universe Today. "Dina tidigare studier behöver inte vara specifika för geofysik eller ens involvera geologi alls. Det kanske mest produktiva draget du kan göra är att be om hjälp, särskilt från någon som studerar ett ämne som intresserar dig. Datorprogrammeringskunskaper är ovärderliga. Jag rekommenderar att du lär dig Python – det är gratis och används allmänt över hela vetenskapen. Det finns många tutorials tillgängliga, även om inte all geofysik kommer att kräva mycket programmering, tror jag att alla geofysiker kommer att dra nytta av dessa färdigheter.>
Tillhandahålls av Universe Today
