Soms, je moet het huis uit om het te begrijpen. Voor Stanford planetaire geoloog Mathieu Lapôtre, "thuis" omvat de hele aarde.

"We kijken niet alleen naar andere planeten om te weten wat daarbuiten is. Het is ook een manier voor ons om dingen te leren over de planeet die onder onze eigen voeten ligt, " zei Lapôtre, een assistent-professor geologische wetenschappen aan de School of Earth, Energie, &Milieuwetenschappen (Stanford Earth).

Wetenschappers sinds Galileo hebben geprobeerd andere planetaire lichamen te begrijpen door een aardse lens. Recenter, onderzoekers hebben planetaire verkenning erkend als een tweerichtingsverkeer. Studies van de ruimte hebben geholpen om aspecten van het klimaat en de fysica van de nucleaire winter te verklaren, bijvoorbeeld. Maar onthullingen zijn niet in alle geowetenschappelijke gebieden in gelijke mate doorgedrongen. Pogingen om processen dichter bij de grond te verklaren - aan het aardoppervlak en diep in de buik - beginnen pas te profiteren van kennis die in de ruimte is verzameld.

Nutsvoorzieningen, naarmate telescopen meer kracht krijgen, exoplaneetstudies worden steeds geavanceerder en planetaire missies produceren nieuwe gegevens, er is potentieel voor veel bredere effecten in de aardwetenschappen, als Lapôtre en co-auteurs van de Arizona State University, Harvard universiteit, Rijst Universiteit, Stanford en Yale University argumenteren in het tijdschrift Natuur Beoordelingen Aarde &Milieu .

"De veelheid en verscheidenheid aan planetaire lichamen binnen en buiten ons zonnestelsel, " schrijven ze in een krant die op 2 maart is gepubliceerd, "misschien de sleutel tot het oplossen van fundamentele mysteries over de aarde."

In de komende jaren, studies van deze lichamen kunnen de manier waarop we denken over onze plaats in het universum veranderen.

Buitenaardse vormen

Waarnemingen vanaf Mars hebben de manier waarop wetenschappers denken over de fysica van sedimentaire processen op aarde al veranderd. Een voorbeeld kwam op gang toen NASA's Curiosity Rover in 2015 een duingebied op de rode planeet overstak.

"We zagen dat er grote zandduinen waren en kleine, rimpelingen op decimeterschaal zoals we die op aarde zien, " zei Lapôtre, die aan de missie werkte als een Ph.D. student aan Caltech in Pasadena, Calif. "Maar er was ook een derde type bedvorm, of rimpeling, dat bestaat niet op aarde. We konden niet uitleggen hoe of waarom deze vorm op Mars bestond."

De vreemde patronen brachten wetenschappers ertoe hun modellen te herzien en nieuwe uit te vinden. wat uiteindelijk leidde tot de ontdekking van een verband tussen de grootte van een rimpeling en de dichtheid van het water of een andere vloeistof die deze heeft gecreëerd. "Met behulp van deze modellen die zijn ontwikkeld voor de omgeving van Mars, we kunnen nu naar een oude rots op aarde kijken, meet er rimpelingen in en trek dan conclusies over hoe koud of zout het water was op het moment dat het gesteente werd gevormd, " zei Lapotre, "omdat zowel temperatuur als zout de vloeistofdichtheid beïnvloeden."

Deze benadering is toepasbaar in de hele geowetenschappen. "Soms bij het verkennen van een andere planeet, je maakt een observatie die je begrip van geologische processen uitdaagt, en dat brengt u ertoe uw modellen te herzien, " legde Lapôtre uit.

Planeten als experimenten

Andere planetaire lichamen kunnen ook helpen om te laten zien hoe vaak aardachtige lichamen in het universum zijn en wat, precies, maakt de aarde zo anders dan de gemiddelde planeet.

"Door de verscheidenheid aan resultaten te bestuderen die we op andere planetaire lichamen zien en de variabelen te begrijpen die elke planeet vormen, we meer kunnen leren over hoe dingen in het verleden op aarde kunnen zijn gebeurd, " verklaarde co-auteur Sonia Tikoo-Schantz, een professor in geofysica aan Stanford Earth wiens onderzoek zich richt op paleomagnetisme.

Overwegen, ze stelde voor, hoe studies van Venus en de aarde wetenschappers hebben geholpen om platentektoniek beter te begrijpen. "Venus en aarde zijn ongeveer even groot, en ze zijn waarschijnlijk gevormd onder redelijk vergelijkbare omstandigheden, "Zei Tikoo-Schantz. Maar terwijl de aarde tektonische platen heeft die ronddraaien en overvloedig water heeft, Venus heeft een overwegend stevig deksel, geen water op het oppervlak en een zeer droge atmosfeer.

"Van tijd tot tijd, Venus heeft een soort catastrofale ontwrichting en een groot deel van de wereld weer aan de oppervlakte, " Tikoo-Schantz zei:"maar we zien deze continue stabiele tektonische omgeving die we op aarde hebben niet."

Wetenschappers zijn er steeds meer van overtuigd dat water een groot deel van het verschil kan verklaren. "We weten dat subductie van tektonische platen water naar de aarde brengt, "Zei Tikoo-Schantz. "Dat water helpt de bovenmantel te smeren, en helpt convectie gebeuren, die helpt bij het aandrijven van platentektoniek."

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.

uiteindelijk, 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., ze zei.

"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."

Om zeker te zijn, 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."