Путешествие к центру планет… Сколько вы знаете о планетах нашей Солнечной системы? Возможно, вы можете просчитать их расстояние от Солнца или их размеры от большого до малого? Но ваши знания идут глубже… буквально. Исследователи пытаются более глубоко понять планеты, изучая их разнообразные, а иногда и опасные ландшафты. Эта информация может помочь нам понять, как формируются разные планеты, почему они ведут себя так, и как они могут изменяться. Путешествие к центру планет…
Но, может быть, вы можете сказать, что мы еще не приземлились на Марсе, не говоря уже о том, чтобы нырять под облаками газовых гигантов, то как мы можем знать, что находится на этих планетах?
Чтобы найти эти ответы, мы должны полагаться на косвенные методы. Это требует слияния остро наблюдаемой астрономии, сложных экспериментов в лаборатории, теоретических расчетов и разумных догадок.
Благодаря современным технологиям – впечатляющим телескопам, спутникам и робототехнике – мы можем на самом деле собрать много информации о дальних экзопланетах здесь, на Земле. Наблюдая за их гравитацией, массой, магнитными полями, химией поверхности и топографией, исследователи могут начать собирать то, что (или может быть) происходит под поверхностью.
Магнитное поле планеты защищает его от заряженных частиц (от солнца и в другом месте), которые пролетают через вселенную. У Земли есть сильное магнитное поле, которое, по мнению большинства ученых, связано с его железным сердечником. По мере вращения ядра он работает как горячее динамо для создания нашего магнитного поля. Марс, однако, имеет очень слабое магнитное поле. Это предполагает, что у него нет горячего железного сердечника или что он сделал, но из-за меньшего размера Марса он остывал быстрее.
Топография планеты также может быть полезной для деконструирования того, что происходит под ней. Активные вулканы на поверхности планеты, такие как на Земле, указывают на мантию магмы, протекающую под относительно тонкой коркой. Свидетельства потухших вулканов, как и на Марсе, свидетельствуют о том, что в прошлом существовала плавная мантия, но ее больше нет. Точно так же поверхность Венеры покрыта более чем 100 000, казалось бы, потухшими вулканами. Но только в 2015 году ученые, изучающие данные, собранные камерой наблюдения Венеры еще в 2008 году, смогли установить значительный сигнал тепла, указывая на то, что планета все еще активна и меняется. И хотя вулканизм на Земле в основном отмечает границы и движения тектонических пластин нашей планеты, на Венере таких паттернов нет.
Частота, продолжительность и размеры землетрясений (землетрясения, лунные лучи, маркеры и т.д.) также являются показателями. Чем больше землетрясений, тем активнее внутренний мир. Ожидается, что миссия NASA InSight на Марс для исследования маршкеров и активность воздействия метеорита, начнется в 2018 году. Также будет помещен тепловой зонд, чтобы определить температуру ниже поверхности, что позволит исследователям измерить толщину коры и тепловой поток. Эта информация должна обеспечивать богатую информацию под поверхностью, включая типы камней и другие материалы, составляющие красную планету.
Каждая планета имеет свою собственную уникальную гравитацию из-за ее размера и массового распределения. Земля, например, является скалистой планетой. Напротив, газовые планеты, в том числе Юпитер и Сатурн, имеют глубокие газовые атмосферы, окружающие сильно конденсированные ядра.
На орбиту космического корабля, движущегося вокруг планеты, влияет гравитация этой планеты. Анализируя небольшие колебания данных орбитальных космических аппаратов, мы можем более точно отобразить гравитационное поле планеты, а также помочь выяснить распределение плотности планеты. Зонд Юноны NASA вращается вокруг Юпитера с 2016 года, чтобы понять происхождение и эволюцию Юпитера, искать сплошное планетарное ядро, отображать магнитные поля, измерять воду и аммиак в глубокой атмосфере и наблюдать полярные сияния. Юнона уже обнаружила, что в центре Юпитера сосредоточено не так много массы и поэтому ее ядро более «нечеткое».
Космический корабль Кассини, занятый на орбите с Сатурна с 2004 года, изменил свою орбиту так, чтобы он проходил между внешними кольцами планеты, прежде чем погрузиться в планету и сгорел в 2017 году. Выводы из этих двух миссий строят наши знания об этих планетах и то, что происходит внутри них.
Карты поверхности планет могут также добавить больше деталей. Поверхностные карты, полученные Меркурием космическим аппаратом MESSENGER, выявили значительную химическую изменчивость, в том числе наличие различных геохимических регионов, которые имеют очень разные по своему составу составы. Ларри Нитлер, заместитель главного исследователя миссии, говорит, что эти наблюдения «окажут критические ограничения на будущие усилия по моделированию и пониманию массового состава Меркурия и древних геологических процессов, которые формировали мантию и кору планеты».
Поверхностный цвет планетарных тел также может быть индикатором присутствующих элементов. Четкий красный цвет Марса обусловлен пылью из оксида железа, в то время как Нептун выглядит синим из-за метана в его атмосфере.
После сбора данных ученые обращают свой взор обратно в лаборатории. Недавние технологические прорывы, такие как мощные лазеры, новейшие рентгеновские источники и высокопроизводительные суперкомпьютеры, позволяют исследователям создавать экстремальные состояния материи, анализировать состояния на атомном уровне и запускать сложные симуляции.
