Ibland, du måste lämna hemmet för att förstå det. För Stanfords planetgeolog Mathieu Lapôtre, "hem" omfattar hela jorden.

"Vi tittar inte bara på andra planeter för att veta vad som finns där ute. Det är också ett sätt för oss att lära oss saker om planeten som är under våra egna fötter, "sa Lapôtre, en biträdande professor i geologiska vetenskaper vid jordskolan, Energi, &Environmental Sciences (Stanford Earth).

Forskare sedan Galileo har försökt förstå andra planetariska kroppar genom en jordisk lins. På senare tid, forskare har erkänt planetutforskning som en tvåvägsgata. Studier av rymden har hjälpt till att förklara aspekter av klimatet och kärnvinterens fysik, till exempel. Ändå har avslöjanden inte genomsyrat alla geovetenskapliga områden lika. Ansträngningar att förklara processer närmare marken – på jordens yta och djupt i dess mage – börjar bara dra nytta av kunskap som samlats i rymden.

Nu, som teleskop får mer kraft, exoplanetstudier växer mer sofistikerade och planetuppdrag producerar ny data, det finns potential för mycket bredare effekter inom geovetenskaperna, som Lapôtre och medförfattare från Arizona State University, Harvard Universitet, Rice University, Stanford och Yale University argumenterar i tidskriften Naturrecensioner Jord &Miljö .

"Mångfalden och variationen av planetkroppar inom och bortom vårt solsystem, "skriver de i en artikel publicerad den 2 mars, "kan vara nyckeln till att lösa grundläggande mysterier om jorden."

Under de kommande åren, studier av dessa kroppar kan mycket väl förändra vårt sätt att tänka på vår plats i universum.

Utomjordiska former

Observationer från Mars har redan förändrat hur forskare tänker på fysiken i sedimentära processer på jorden. Ett exempel började när NASA:s Curiosity Rover korsade ett dynfält på den röda planeten 2015.

"Vi såg att det fanns stora sanddyner och små, krusningar i decimeterskala som de vi ser på jorden, sa Lapôtre, som arbetade på uppdraget som Ph.D. student på Caltech i Pasadena, Kalifornien. "Men det fanns också en tredje typ av sängform, eller krusning, som inte finns på jorden. Vi kunde inte förklara hur eller varför den här formen fanns på Mars."

De märkliga mönstren fick forskare att revidera sina modeller och uppfinna nya, vilket slutligen ledde till upptäckten av ett samband mellan storleken på en krusning och densiteten hos vattnet eller annan vätska som skapade det. "Med hjälp av dessa modeller utvecklade för Mars miljö, vi kan nu titta på en gammal sten på jorden, mäta krusningar i den och dra sedan slutsatser om hur kallt eller salt vattnet var när stenen bildades, " sa Lapôtre, "eftersom både temperatur och salt påverkar vätsketätheten."

Detta tillvägagångssätt är tillämpbart inom geovetenskaperna. "Ibland när man utforskar en annan planet, du gör en observation som utmanar din förståelse av geologiska processer, och det får dig att revidera dina modeller, " förklarade Lapôtre.

Planeter som experiment

Andra planetariska kroppar kan också hjälpa till att visa hur frekventa jordliknande kroppar är i universum och vad, exakt, gör jorden så olik den genomsnittliga planeten.

"Genom att studera mångfalden av resultat som vi ser på andra planetariska kroppar och förstå de variabler som formar varje planet, vi kan lära oss mer om hur saker kan ha hänt på jorden tidigare, "förklarade medförfattaren Sonia Tikoo-Schantz, en geofysikprofessor vid Stanford Earth vars forskning fokuserar på paleomagnetism.

Överväga, hon föreslog, hur studier av Venus och jorden har hjälpt forskare att bättre förstå plattektoniken. "Venus och jorden är ungefär lika stora, och de bildades förmodligen under ganska liknande förhållanden, " sa Tikoo-Schantz. Men medan jorden har tektoniska plattor som rör sig runt och rikligt med vatten, Venus har ett mestadels solid lock, inget vatten på ytan och en mycket torr atmosfär.

"Då och då, Venus har någon form av katastrofal störning och en återuppbyggnad av stora delar av världen, "Tikoo-Schantz sa, "men vi ser inte denna kontinuerliga steady state -tektoniska miljö som vi har på jorden."

Forskare blir allt mer övertygade om att vatten kan förklara mycket av skillnaden. "Vi vet att subduktion av tektoniska plattor för vatten ner i jorden, " Sa Tikoo-Schantz. "Det vattnet hjälper till att smörja den övre manteln, och hjälper konvektion att hända, vilket hjälper till att driva platttektonik. "

This approach—using planetary bodies as grand experiments—can be applied to answer more questions about how Earth works. "Imagine you want to see how gravity might affect certain processes, " Lapôtre said. "Going to other planets can let you run an experiment where you can observe what happens with a lower or higher gravity—something that's impossible to do on Earth."

Core paradox

Studies measuring magnetism in ancient rocks suggest that Earth's magnetic field has been active for at least 3.5 billion years. But the cooling and crystallization of the inner core that scientists believe sustains Earth's magnetic field today started less than 1.5 billion years ago. This 2-billion-year gap, known as the new core paradox, has left researchers puzzling over how Earth's dynamo could have started so early, and persisted for so long.

Answers may lie in other worlds.

"In our circle of close neighbors—the Moon, Mars, Venus—we're the only planet with a magnetic field that's been going strong since the beginning and remains active today, " Lapôtre said. But Jupiter-sized exoplanets orbiting close to their star have been identified with magnetic fields, and it may soon be technically feasible to detect similar fields on smaller, rocky, Earth-like worlds. Such discoveries would help clarify whether Earth's long-lived dynamo is a statistical anomaly in the universe whose startup required some special circumstance.

I sista hand, the mystery around the origin and engine behind Earth's dynamo is a mystery about what creates and sustains the conditions for life. Earth's magnetic field is essential to its habitability, protecting it against dangerous solar winds that can strip a planet of water and atmosphere. "That's part of why Mars is such a dry desert compared to Earth, " Tikoo-Schantz said. "Mars started to dehydrate when its magnetic field died."

Earth everchanging

Much of the impetus to look far beyond Earth when trying to decode its inner workings has to do with our planet's restless nature. At many points in its 4.5 billion-year existence, Earth looked nothing like the blue-green marble it is today.

"We're trying to get to the point where we can characterize planets that are like the Earth, and hopefully, someday find life on one of them, " said co-author Laura Schaefer, a planetary scientist at Stanford Earth who studies exoplanets. Chances are it will be something more like bacteria than E.T., Hon sa.

"Just having another example of life anywhere would be amazing, " Schaefer said. It would also help to illuminate what happened on Earth during the billions of years before oxygen became abundant and, through processes and feedback loops that remain opaque, complex life burst forth.

"We're missing information from different environments that existed on the surface of the Earth during that time period, " Schaefer explained. Plate tectonics constantly recycles rocks from the surface, plunging them into the planet's fiery innards, while water sloshing around oceans, pelting down from rainclouds, hanging in the air, and slipping in rivers and streams tends to alter the geochemistry of rocks and minerals that remain near the surface.

Earth's very liveliness makes it a poor archive for evidence of life and its impacts. Other planetary bodies—some of them dead still and bone dry, others somehow akin to the ancient Earth—may prove better suited to the task.

That's part of why scientists were so excited to find, in 2019, that a rock sample collected by the Apollo 14 astronauts in 1971 may in fact hold minerals that rocketed off of Earth as a meteorite billions of years ago. "On the Moon, there is no plate tectonics or aqueous weathering, " Lapôtre said. "So this piece of rock has been sitting there intact for the last few billion years just waiting for us to find it."

För att vara säker, planetary scientists do not expect to find many ancient Earth time capsules preserved in space. But continued exploration of other worlds in our solar system and beyond could eventually yield a small statistical sample of planets with life on them—not carbon copies of Earth's systems, but systems nonetheless where interactions between life and atmosphere can come into sharper focus.

"They're not going to be at the same stage of life as we have today on Earth, and so we'll be able to learn about how planets and life evolve together, " Schaefer said. "That would be pretty revolutionary."