Ciência planetária - Planetary science

Fotografia da unidade orbital da Apollo 15 dos canais nas proximidades da cratera Aristarchus na Lua .

Ciência planetária ou, mais raramente, planetologia , é o estudo científico de planetas (incluindo a Terra ), luas e sistemas planetários (em particular os do Sistema Solar ) e os processos que os formam. Ele estuda objetos que variam em tamanho de micrometeoróides a gigantes gasosos , com o objetivo de determinar sua composição, dinâmica, formação, inter-relações e história. É um campo fortemente interdisciplinar , originário da astronomia e ciências da terra , mas que agora incorpora muitas disciplinas, incluindo geologia planetária (junto com geoquímica e geofísica ), cosmoquímica , ciência atmosférica , oceanografia , hidrologia , ciência planetária teórica , glaciologia e exoplanetologia . As disciplinas aliadas incluem física espacial , no que diz respeito aos efeitos do Sol nos corpos do Sistema Solar, e astrobiologia .

Existem ramos observacionais e teóricos inter-relacionados da ciência planetária. A pesquisa observacional pode envolver uma combinação de exploração espacial , predominantemente com missões de espaçonaves robóticas usando sensoriamento remoto e trabalho experimental comparativo em laboratórios baseados na Terra. O componente teórico envolve considerável simulação computacional e modelagem matemática.

Os cientistas planetários geralmente estão localizados nos departamentos de astronomia e física ou ciências da Terra de universidades ou centros de pesquisa, embora existam vários institutos de ciência puramente planetários em todo o mundo. Existem várias conferências importantes a cada ano, e uma ampla gama de periódicos revisados ​​por pares . Alguns cientistas planetários trabalham em centros de pesquisa privados e freqüentemente iniciam tarefas de pesquisa em parceria.

História

Pode-se dizer que a história da ciência planetária começou com o filósofo grego antigo Demócrito , que foi relatado por Hipólito como tendo dito

Os mundos ordenados são ilimitados e diferem em tamanho, e que em alguns não há nem sol nem lua, mas em outros, ambos são maiores do que conosco, e ainda com outros mais em número. E que os intervalos entre os mundos ordenados são desiguais, aqui mais e ali menos, e que alguns aumentam, outros florescem e outros decaem, e aqui vêm a existir e ali são eclipsados. Mas que eles são destruídos colidindo uns com os outros. E que alguns mundos ordenados estão desprovidos de animais e plantas e de toda água.

Em tempos mais modernos, a ciência planetária começou na astronomia, a partir de estudos de planetas não resolvidos. Nesse sentido, o astrônomo planetário original seria Galileu , que descobriu as quatro maiores luas de Júpiter , as montanhas da Lua , e primeiro observou os anéis de Saturno , todos objetos de intenso estudo posterior. O estudo de Galileu das montanhas lunares em 1609 também iniciou o estudo de paisagens extraterrestres: sua observação "de que a Lua certamente não possui uma superfície lisa e polida" sugeria que ela e outros mundos poderiam parecer "exatamente como a própria face da Terra" .

Os avanços na construção do telescópio e na resolução instrumental permitiram gradualmente uma maior identificação dos detalhes atmosféricos e da superfície dos planetas. A Lua foi inicialmente a mais estudada, pois sempre exibiu detalhes em sua superfície, devido à sua proximidade com a Terra, e os avanços tecnológicos gradualmente produziram um conhecimento geológico lunar mais detalhado. Neste processo científico, os principais instrumentos foram telescópios ópticos astronômicos (e mais tarde radiotelescópios ) e, finalmente, espaçonaves exploratórias robóticas .

O Sistema Solar agora foi relativamente bem estudado, e existe uma boa compreensão geral da formação e evolução deste sistema planetário. No entanto, há um grande número de questões não resolvidas e a taxa de novas descobertas é muito alta, em parte devido ao grande número de espaçonaves interplanetárias atualmente explorando o Sistema Solar.

Disciplinas

A ciência planetária estuda astronomia observacional e teórica, geologia (exogeologia), ciência atmosférica e uma subespecialidade emergente em oceanos planetários .

Astronomia planetária

Esta é uma ciência tanto observacional quanto teórica. Os pesquisadores observacionais estão predominantemente preocupados com o estudo dos pequenos corpos do Sistema Solar: aqueles que são observados por telescópios, tanto ópticos quanto de rádio, para que características desses corpos como forma, spin, materiais de superfície e intemperismo sejam determinadas, e o história de sua formação e evolução pode ser entendida.

A astronomia planetária teórica preocupa-se com a dinâmica : a aplicação dos princípios da mecânica celeste ao Sistema Solar e aos sistemas planetários extra- solares . Cada planeta tem seu próprio ramo.

Planeta: Assunto: Nomeado após (NB: estes termos são raramente usados)

Geologia planetária

Os tópicos de pesquisa mais conhecidos da geologia planetária lidam com os corpos planetários nas proximidades da Terra: a Lua e os dois planetas vizinhos: Vênus e Marte . Destes, a Lua foi estudada primeiro, usando métodos desenvolvidos anteriormente na Terra.

Geomorfologia

A geomorfologia estuda as feições nas superfícies planetárias e reconstrói a história de sua formação, inferindo os processos físicos que atuaram na superfície. A geomorfologia planetária inclui o estudo de várias classes de características de superfície:

  • Características de impacto ( bacias com vários anéis , crateras)
  • Características vulcânicas e tectônicas (fluxos de lava, fissuras, canais )
  • Características glaciais
  • Características eólias
  • Intemperismo espacial - efeitos erosivos gerados pelo ambiente hostil do espaço (bombardeio contínuo de micro meteoritos, chuva de partículas de alta energia, jardinagem de impacto ). Por exemplo, a fina camada de poeira na superfície do regolito lunar é o resultado do bombardeio de micro meteoritos.
  • Características hidrológicas: o líquido envolvido pode variar de água a hidrocarbonetos e amônia , dependendo da localização dentro do Sistema Solar. Esta categoria inclui o estudo de características paleohidrológicas (paleocanais, paleolagos).

A história de uma superfície planetária pode ser decifrada mapeando características de cima para baixo de acordo com sua sequência de deposição , conforme determinado pela primeira vez em estratos terrestres por Nicolas Steno . Por exemplo, o mapeamento estratigráfico preparou os astronautas da Apollo para a geologia de campo que eles encontrariam em suas missões lunares. Sequências sobrepostas foram identificadas em imagens tiradas pelo programa Lunar Orbiter , e estas foram usadas para preparar uma coluna estratigráfica lunar e um mapa geológico da lua.

Cosmoquímica, geoquímica e petrologia

Um dos principais problemas na geração de hipóteses sobre a formação e evolução de objetos no Sistema Solar é a falta de amostras que possam ser analisadas em laboratório, onde um grande conjunto de ferramentas está disponível e todo o corpo de conhecimento derivado da geologia terrestre. pode ser levado a suportar. Amostras diretas da Lua, asteróides e Marte estão presentes na Terra, removidos de seus corpos pais e entregues como meteoritos . Alguns deles sofreram contaminação do efeito oxidante da atmosfera da Terra e da infiltração da biosfera , mas os meteoritos coletados nas últimas décadas na Antártica são quase inteiramente intocados.

Os diferentes tipos de meteoritos que se originam do cinturão de asteróides cobrem quase todas as partes da estrutura dos corpos diferenciados : existem até meteoritos que vêm da fronteira núcleo-manto ( palasitas ). A combinação de geoquímica e astronomia observacional também tornou possível rastrear os meteoritos HED de volta a um asteróide específico no cinturão principal, 4 Vesta .

Os comparativamente poucos meteoritos marcianos conhecidos forneceram informações sobre a composição geoquímica da crosta marciana, embora a inevitável falta de informações sobre seus pontos de origem na superfície marciana diversificada significou que eles não fornecem restrições mais detalhadas sobre as teorias da evolução de a litosfera marciana . Em 24 de julho de 2013, 65 amostras de meteoritos marcianos foram descobertas na Terra. Muitos foram encontrados na Antártica ou no deserto do Saara.

Durante a era Apollo, no programa Apollo , 384 quilogramas de amostras lunares foram coletados e transportados para a Terra, e 3 robôs Luna soviéticos também entregaram amostras de regolito da lua. Essas amostras fornecem o registro mais abrangente da composição de qualquer corpo do Sistema Solar além da Terra. O número de meteoritos lunares está crescendo rapidamente nos últimos anos - em abril de 2008, havia 54 meteoritos que foram oficialmente classificados como lunares. Onze deles são da coleção de meteoritos da Antártida dos Estados Unidos, 6 são da coleção de meteoritos da Antártica japonesa e os outros 37 são de localidades desérticas quentes da África, Austrália e Oriente Médio. A massa total dos meteoritos lunares reconhecidos é de cerca de 50 kg.

Geofísica

As sondas espaciais possibilitaram a coleta de dados não apenas na região da luz visível, mas em outras áreas do espectro eletromagnético. Os planetas podem ser caracterizados por seus campos de força: a gravidade e seus campos magnéticos, que são estudados por meio da geofísica e da física espacial.

Medir as mudanças na aceleração experimentadas pelas espaçonaves enquanto orbitam permitiu que detalhes finos dos campos gravitacionais dos planetas fossem mapeados. Por exemplo, na década de 1970, os distúrbios do campo gravitacional acima dos mares lunares foram medidos através de orbitadores lunares, o que levou à descoberta de concentrações de massa, mascons , abaixo das bacias Imbrium, Serenitatis, Crisium, Nectaris e Humorum.

O vento solar é desviado pela magnetosfera (não em escala)

Se o campo magnético de um planeta for suficientemente forte, sua interação com o vento solar forma uma magnetosfera ao redor do planeta. As primeiras sondas espaciais descobriram as dimensões grosseiras do campo magnético terrestre, que se estende por cerca de 10 raios da Terra em direção ao sol. O vento solar , uma corrente de partículas carregadas, flui para fora e ao redor do campo magnético terrestre e continua atrás da cauda magnética, centenas de raios terrestres a jusante. Dentro da magnetosfera, existem regiões relativamente densas de partículas do vento solar, os cinturões de radiação de Van Allen .

Geofísica inclui sismologia e tectonofísica , dinâmica de fluidos geofísica , física mineral , geodinâmica , geofísica matemática e levantamento geofísico .

Geodésia planetária , (também conhecida como geodética planetária) lida com a medição e representação dos planetas do Sistema Solar, seus campos gravitacionais e fenômenos geodinâmicos ( movimento polar em tridimensional, espaço variável no tempo. A ciência da geodésia tem elementos de astrofísica e ciências planetárias. A forma da Terra é em grande parte o resultado de sua rotação, que causa sua protuberância equatorial, e da competição de processos geológicos, como a colisão de placas e de vulcanismo , resistidos pelo campo gravitacional da Terra . Esses princípios podem ser aplicados à superfície sólida da Terra ( orogenia ; Poucas montanhas são mais altas do que 10 km (6 mi), poucas trincheiras profundas mais profundas do que isso porque, simplesmente, uma montanha tão alta quanto, por exemplo, 15 km ( 9 mi), desenvolveria tanta pressão em sua base, devido à gravidade, que a rocha ali se tornaria plástica , e a montanha cairia de volta a uma altura de cerca de 10 km (6 mi) em um ambiente geologicamente insignificante Tempo. Alguns ou todos esses princípios geológicos podem ser aplicados a outros planetas além da Terra. Por exemplo, em Marte, cuja gravidade superficial é muito menor, o maior vulcão, Olympus Mons , tem 27 km (17 milhas) de altura em seu pico, uma altura que não poderia ser mantida na Terra. O geóide da Terra é essencialmente a figura da Terra abstraída de suas características topográficas. Portanto, o geóide de Marte ( areóide é essencialmente a figura de Marte abstraída de suas características topográficas. Levantamento e mapeamento são dois importantes campos de aplicação da geodésia.

Ciência atmosférica

Faixas de nuvens claramente visíveis em Júpiter .

A atmosfera é uma importante zona de transição entre a superfície planetária sólida e os cinturões ionizantes e de radiação mais raros. Nem todos os planetas têm atmosferas: sua existência depende da massa do planeta e da distância do planeta ao Sol - ocorrem atmosferas muito distantes e congeladas. Além dos quatro planetas gigantes gasosos, quase todos os planetas terrestres ( Terra , Vênus e Marte ) têm atmosferas significativas. Duas luas têm atmosferas significativas: a lua de Saturno , Titã, e a lua de Netuno , Tritão . Uma tênue atmosfera existe em torno de Mercúrio .

Os efeitos da taxa de rotação de um planeta em torno de seu eixo podem ser vistos nas correntes e correntes atmosféricas. Vistos do espaço, esses recursos aparecem como faixas e redemoinhos no sistema de nuvens e são particularmente visíveis em Júpiter e Saturno.

Exoplanetologia

A exoplanetologia estuda exoplanetas , os planetas existentes fora do nosso Sistema Solar . Até recentemente, os meios de estudar exoplanetas eram extremamente limitados, mas com a taxa atual de inovação em tecnologia de pesquisa , a exoplanetologia se tornou um subcampo da astronomia em rápido desenvolvimento .

Ciência planetária comparativa

A ciência planetária freqüentemente faz uso do método de comparação para dar uma maior compreensão do objeto de estudo. Isso pode envolver a comparação das densas atmosferas da Terra e da lua de Saturno , Titã , a evolução dos objetos externos do Sistema Solar a diferentes distâncias do Sol ou a geomorfologia das superfícies dos planetas terrestres, para dar apenas alguns exemplos.

A principal comparação que pode ser feita é com os recursos da Terra, pois é muito mais acessível e permite uma gama muito maior de medições. Os estudos analógicos da Terra são particularmente comuns na geologia planetária, geomorfologia e também na ciência atmosférica.

O uso de análogos terrestres foi descrito pela primeira vez por Gilbert (1886).

Atividade profissional

Diários

Corpos profissionais

Grandes conferências

Workshops e conferências menores em campos específicos ocorrem em todo o mundo ao longo do ano.

Instituições principais

Esta lista não exaustiva inclui as instituições e universidades com grupos importantes de pessoas trabalhando em ciências planetárias. A ordem alfabética é usada.

Agências espaciais nacionais

Outras instituições


Conceitos Básicos

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Carr, Michael H., Saunders, RS, Strom, RG, Wilhelms, DE 1984. The Geology of the Terrestrial Planets . NASA.
  • Morrison, David. 1994. Exploring Planetary Worlds . WH Freeman. ISBN  0-7167-5043-0
  • Hargitai H et al. (2015) Classificação e Caracterização de Formas Terrestres Planetárias. 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 et al. (2019) Mapeamento geológico planetário. In: Hargitai H (ed) Planetary Cartography and GIS. Springer.
  • Página D (2015) The Geology of Planetary Landforms . Em: Hargitai H (ed) Encyclopedia of Planetary Landforms. Springer.
  • Rossi, AP, van Gasselt S (eds) (2018) Planetary Geology. Springer

links externos