Universe Today heeft het belang onderzocht van het bestuderen van inslagkraters, planetaire oppervlakken, exoplaneten, astrobiologie, zonnefysica, kometen en planetaire atmosferen, en hoe deze intrigerende wetenschappelijke disciplines wetenschappers en het publiek kunnen helpen beter te begrijpen hoe we leven buiten de aarde nastreven.

Hier zullen we naar binnen kijken en de rol onderzoeken die planetaire geofysica speelt bij het helpen van wetenschappers om meer inzicht te krijgen in ons zonnestelsel en daarbuiten, inclusief de voordelen en uitdagingen, het vinden van leven buiten de aarde, en hoe aankomende studenten planetaire geofysica kunnen bestuderen. Wat is planetaire geofysica en waarom is het zo belangrijk om het te bestuderen?

"Planetaire geofysica is de studie van hoe planeten en hun inhoud zich in de loop van de tijd gedragen en evolueren", vertelt Dr. Marshall Styczinski, een aangesloten onderzoekswetenschapper aan het Blue Marble Space Institute of Science, aan Universe Today. ‘Het is in wezen de studie van What Lies Below, waarbij de nadruk ligt op wat we niet kunnen zien en hoe dit zich verhoudt tot wat we kunnen zien en meten. De meeste planeten (inclusief de aarde!) Zijn aan het zicht onttrokken – geofysica is hoe we weten alles over de aarde onder het diepste dat we hebben uitgegraven!"

Zoals de naam al aangeeft, is geofysica de studie van het begrijpen van de fysica achter geologische processen, zowel op aarde als op andere planetaire lichamen, met de nadruk op interne geologische processen. Dit is met name handig voor planetaire lichamen die gedifferentieerd zijn, wat betekent dat ze verschillende binnenlagen hebben die het gevolg zijn van zwaardere elementen die naar het midden zinken, terwijl de lichtere elementen dichter bij het oppervlak blijven.

De planeet Aarde is bijvoorbeeld opgedeeld in een korst, mantel en kern, waarbij elk zijn eigen sublagen heeft. Door deze interne processen te begrijpen, kunnen wetenschappers in kaart brengen hoe de aarde er miljarden jaren geleden uitzag en zelfs voorspellingen doen over de aard van de aarde. het milieu van onze planeet in de verre toekomst.

Deze interne processen sturen de oppervlakteprocessen aan, waaronder vulkanisme en platentektoniek, die beide verantwoordelijk zijn voor respectievelijk het handhaven van de temperatuur op aarde en het recyclen van materialen. Wat zijn enkele voordelen en uitdagingen van het bestuderen van planetaire geofysica?

Dr. Styczinski vertelt aan Universe Today:“Geofysica geeft ons de middelen om te bepalen wat zich onder het zichtbare oppervlak van planetaire lichamen bevindt (planeten, manen, asteroïden, enz.). Het is onze enige manier om te leren wat we niet kunnen zien! uit wat zich in een planeet bevindt, en onder welke omstandigheden, zoals hoeveel druk en hitte voor elke laag, ons helpt een geschiedenis voor de planeet op te bouwen en te weten hoe deze in de loop van de tijd zal blijven veranderen."

Daarentegen benadrukt Dr. Styczinski tegenover Universe Today ook de uitdagingen, waarbij hij wijst op de moeilijkheid bij het reproduceren van geologische omstandigheden die zich over miljoenen jaren voordoen, zelfs met de meest geavanceerde laboratoria ter wereld, vanwege hun langzame bewegingen over een enorme tijdsperiode. Bovendien merkt hij op dat deeltjesversnellers soms nodig zijn om de extreme omstandigheden binnen gasreuzen te reproduceren, die ook gedifferentieerd zijn, zij het met gas- en vloeistoflagen, in tegenstelling tot gesteente.

Maar de aarde is niet de enige rotsachtige wereld in ons zonnestelsel die differentiatie vertoont, aangezien alle vier de rotsachtige planeten (Mercurius, Venus, Aarde en Mars) een vorm van interne gelaagdheid vertonen die gedurende miljarden jaren heeft plaatsgevonden, zij het op kleinere schaal als gevolg van naar hun maten. Naast de planeten vertonen veel rotsachtige manen in het zonnestelsel ook differentiatie, waaronder de Galileïsche manen van Jupiter, Io, Europa, Ganymede en Callisto, en verschillende manen van Saturnus, waaronder Titan, Enceladus en Mimas.

Van die manen zijn Europa, Titan en Enceladus momenteel doelwitten voor astrobiologen, aangezien is bevestigd dat Europa en Enceladus interne oceanen met vloeibaar water bezitten, waarbij Titan ook sterk bewijs levert. Bovendien is Titan de enige maan met een dichte atmosfeer, en net als de aarde wordt deze waarschijnlijk door interne geofysica aangestuurd. Maar wat kan de planetaire geofysica ons leren over het vinden van leven buiten de aarde?

"We hebben door het bestuderen van Mars geleerd dat de oppervlakken van planeten behoorlijk vijandig kunnen zijn voor het leven zoals wij dat kennen", vertelt Dr. Styczinski aan Universe Today. ‘Als en wanneer we elders in het zonnestelsel leven kunnen vinden dat we daar niet zelf hebben gebracht, zal het waarschijnlijk onder de oppervlakte worden gevonden, waar het kan worden beschermd tegen de barre omstandigheden aan de oppervlakte. Geofysica geeft ons de mogelijkheid betekent het plannen van expedities naar de ondergrond, en de enige methode om vloeibaar water te vinden dat aan het zicht onttrokken is op ijzige manen. Dit zijn de beste plekken die we kennen om naar leven buiten de aarde te zoeken."

De reden waarom het oppervlak van Mars onherbergzaam is voor leven zoals wij dat kennen, is te wijten aan het ontbreken van een dikke atmosfeer, die verantwoordelijk is voor het voorkomen dat de geladen deeltjes van de zon in de zonnewind het planetaire oppervlak bereiken. Hoewel Mars ooit een krachtig magnetisch veld had, merkt Dr. Styczinski in Universe Today op dat "Sommige onderzoekers denken dat magnetische velden de atmosfeer daadwerkelijk kunnen wegnemen", terwijl hij snel opmerkt dat dit "een onderwerp van felle discussie is." Mars had ooit een dikkere atmosfeer, die samen met zijn magnetische veld gedurende miljarden jaren verloren ging toen het binnenste van de Rode Planeet afkoelde.

Naast ons zonnestelsel vertelt Dr. Styczinski aan Universe Today dat planetaire geofysica ook uitstekend werk levert door wetenschappers te helpen exoplaneten beter te begrijpen, met name systemen met meerdere planeten zoals het onze. Hoewel er nog geen exoplaneetoppervlak in beeld is gebracht, helpt een beter begrip van de geofysische processen van planetaire lichamen in ons zonnestelsel wetenschappers inzicht te krijgen in hoe deze zelfde processen kunnen plaatsvinden op planeten in de hele kosmos, inclusief het magnetische veld.

Het magnetische veld van een planeet wordt aangedreven door de interne processen die plaatsvinden in de buitenste kern, die voor de aarde bestaat uit kolkende, vloeibare metaalvloeistof, terwijl de binnenste kern een massieve bal van samengeperst metaal is. Terwijl de vloeistof in deze buitenste kern ronddraait en circuleert, ontstaat er elektrische stroom die het enorme magnetische veld produceert dat onze kleine, blauwe wereld omhult in een bel van bescherming tegen schadelijk ruimteweer.

Het magnetische veld van de aarde houdt geladen deeltjes vast in stralingsgordels in de nabije ruimte. De manier waarop het magnetische veld onze planeet beschermt, kan worden gezien tijdens magnetische stormen van de zon, wanneer de magnetosfeer als reactie buigt en buigt, waardoor deeltjes uit deze stralingsgordels dicht bij het oppervlak in de hoge noordelijke en zuidelijke breedtegraden worden gestuurd. Daar interageren ze met de atmosfeer van de aarde en produceren ze de adembenemende aurorae die vaak worden waargenomen in Alaska, de Scandinavische landen en Antarctica.

Hoewel het magnetische veld van de aarde indrukwekkend is, is het alleen maar passend dat de grootste planeet in het zonnestelsel, Jupiter, eveneens het grootste magnetische veld heeft, waarvan de "staart" zich uitstrekt tot aan de baan van Saturnus, oftewel ongeveer 640 miljoen kilometer. Bovendien kunnen de interne processen die verantwoordelijk zijn voor het genereren van magnetische velden op gasvormige planeten als Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus heel anders zijn dan op aarde. Wat is daarom, gegeven al deze variabelen en processen, het meest opwindende aspect van de planetaire geofysica dat Dr. Styczinski tijdens zijn carrière heeft bestudeerd?

"Het deel van de planetaire geofysica dat ik het meest opwindend vind, is het gebruik van het onzichtbare magnetische veld om ondergrondse oceanen waar te nemen", vertelt Dr. Styczinski aan Universe Today. ‘Als ik er goed over nadenk, blijf ik onder de indruk van hoe het allemaal werkt. Zoute oceaanwater weerspiegelt gedeeltelijk de velden waaraan ze worden blootgesteld vanaf hun moederplaneet, zoals in Jupiter en zijn maan Europa. We gebruiken deze metingen samen met laboratoriumonderzoek. studies hier op aarde en geofysica om de materiaallagen in Europa te begrijpen en de eigenschappen van de oceaan te achterhalen. Het verbaast me nog steeds dat dit proces zo goed werkt."

Zoals de meeste wetenschappelijke gebieden omvat de planetaire geofysica een groot aantal wetenschappelijke disciplines en achtergronden met als doel de moeilijkste vragen van het universum te beantwoorden door voortdurende samenwerking en innovatie. Geofysica is een combinatie van geologie en natuurkunde, maar omvat ook wiskunde, scheikunde, atmosferische wetenschap, seismologie, mineralogie en vele andere met als doel een beter begrip van de interne processen van de aarde en andere planetaire lichamen in het hele zonnestelsel en daarbuiten. Welk advies kan Dr. Styczinski daarom aankomende studenten bieden die planetaire geofysica willen gaan studeren?

"Er zijn veel paden in de geofysica, en veel verschillende dingen om te bestuderen en manieren om ze te bestuderen", vertelt Dr. Styczinski aan Universe Today. ‘Je studies uit het verleden hoeven helemaal niet specifiek op geofysica gericht te zijn of zelfs maar geologie te betreffen. Misschien wel de meest productieve zet die je kunt doen, is om hulp vragen, vooral van iemand die een onderwerp bestudeert dat je interesseert. Vaardigheden op het gebied van computerprogrammering zijn van onschatbare waarde. Ik raad aan om Python te leren; het is gratis en wordt overal in de wetenschap gebruikt. Er zijn veel tutorials beschikbaar, ook gratis. Hoewel niet voor alle geofysica veel programmeerwerk nodig is, denk ik dat alle geofysici baat zullen hebben bij het hebben van deze vaardigheden."

Aangeboden door Universe Today