Планетарная поверхность - Planetary surface
Поверхности планеты , где твердое вещество (или жидкость) , материал внешнего коры на определенных типах астрономических объектов контактируют с атмосферой или космическим пространством . Планетарные поверхности находятся на твердых объектах планетарной массы , включая планеты земной группы (включая Землю ), карликовые планеты , естественные спутники , планетезимали и многие другие малые тела Солнечной системы (SSSB). Изучение поверхностей планет - это область планетарной геологии, известная как геология поверхности , но также в центре внимания целого ряда областей, включая планетарную картографию , топографию , геоморфологию , атмосферные науки и астрономию . Земля (или земля ) - это термин, обозначающий неликвидные поверхности планет. Термин приземление используется для описания столкновения объекта с поверхностью планеты и обычно происходит со скоростью, при которой объект может оставаться неповрежденным и оставаться прикрепленным.
В дифференцированных телах поверхность - это место, где кора встречается с планетарным пограничным слоем . Все, что ниже этого, считается подводным или подводным. Большинство тел, более массивных, чем суперземли , включая звезды и газовые гиганты , а также более мелкие газовые карлики , непрерывно переходят между фазами, включая газ, жидкость и твердое тело. Таким образом, они обычно считаются лишенными поверхностей.
Поверхности планет и поверхностная жизнь представляют особый интерес для людей, поскольку это основная среда обитания этого вида, который эволюционировал, чтобы перемещаться по суше и дышать воздухом . Поэтому освоение человеком космоса и колонизация космоса в значительной степени сосредоточены на них. Люди исследовали только поверхность Земли и Луны напрямую. Огромные расстояния и сложность космоса делают непосредственное исследование даже околоземных объектов опасным и дорогостоящим. Таким образом, все остальные исследования проводились косвенно с помощью космических зондов .
Косвенные наблюдения при пролете или орбите в настоящее время не дают достаточной информации для подтверждения состава и свойств планетных поверхностей. Многое из того, что известно, связано с использованием таких методов, как астрономическая спектроскопия и возврат образцов . Космические аппараты Lander исследовали поверхности планет Марса и Венеры . Марс - единственная другая планета, поверхность которой исследовали с помощью мобильного наземного зонда (марсохода). Титан - единственный внепланетный объект планетарной массы , исследованный спускаемым аппаратом. Ландерс исследовал несколько меньших тел, включая 433 Эрос (2001), 25143 Итокава (2005), Темпель 1 (2005), 67P / Чурюмов – Герасименко (2014), 162173 Рюгу (2018) и 101955 Бенну (2020). Образцы поверхности были собраны с Луны (возвращено в 1969 г.), 25143 Итокавы (возвращено в 2010 г.), 162173 Рюгу и 101955 Бенну.
Распространение и условия
Планетарные поверхности встречаются по всей Солнечной системе , от внутренних планет земной группы до пояса астероидов , естественных спутников планет газовых гигантов и за их пределами до транснептуновых объектов . Состояние поверхности, температура и местность значительно различаются из-за ряда факторов, включая альбедо, часто возникающее из-за самой поверхности. Меры состояния поверхности включают площадь поверхности , поверхности гравитацию , температуру поверхности и поверхностное давление . На стабильность поверхности может повлиять эрозия, вызванная эолийскими процессами , гидрологией , субдукцией , вулканизмом , отложениями или сейсмической активностью. Некоторые поверхности динамичны, а другие остаются неизменными в течение миллионов лет.
Исследование
Расстояние, сила тяжести, атмосферные условия (чрезвычайно низкое или чрезвычайно высокое атмосферное давление ) и неизвестные факторы делают разведку дорогостоящей и рискованной. Это требует космических зондов для раннего исследования планетных поверхностей. Многие стационарные зонды имеют ограниченный диапазон исследований и, как правило, выживают на внеземных поверхностях в течение короткого периода времени, однако мобильные зонды (роверы) обследовали большие площади поверхности. Миссии по возвращению образцов позволяют ученым изучать внеземные поверхностные материалы на Земле без необходимости отправлять пилотируемую миссию, однако, как правило, это возможно только для объектов с низкой гравитацией и атмосферой.
Прошлые миссии
Первой внеземной планетной поверхностью, которая была исследована, была поверхность Луны с помощью Луны 2 в 1959 году. Первым и единственным исследованием внеземной поверхности человеком была Луна, программа Аполлона включала первую лунную походку 20 июля 1969 года и успешное возвращение инопланетян. образцы поверхности на Землю. Венера-7 была первой посадкой зонда на другой планете 15 декабря 1970 года. Марс-3 "мягко приземлился" и получил данные с Марса 22 августа 1972 года, первым марсоходом на Марсе был Mars Pathfinder в 1997 году, марсоход Mars Exploration Rover изучает поверхность красной планеты с 2004 года. NEAR Shoemaker первым совершил мягкую посадку на астероид - 433 Эрос в феврале 2001 года, а Хаябуса первым вернул образцы из 25143 Итокава 13 июня 2010 года. Гюйгенс мягко приземлился и вернулся. данные с Титана 14 января 2005 г.
Было много неудачных попыток, совсем недавно - Фобос-Грунт , миссия по возврату образцов, направленная на исследование поверхности Фобоса .
Поверхностные материалы
Сухая, каменистая и ледяная поверхность планеты Марс (сфотографировано аппаратом Viking Lander 2 мая 1979 г.) состоит из реголита, богатого оксидами железа.
Галечные равнины спутника Сатурна Титана (сфотографировано зондом Гюйгенс 14 января 2005 г.), состоящие из сильно сжатого состояния водяного льда. Это единственная наземная фотография поверхности планеты за пределами Солнечной системы.
Поверхность кометы Tempel 1 (сфотографированная зондом Deep Impact ) состоит из тонкого порошка, содержащего глины, богатые водой и углекислым газом, карбонаты, натрий и кристаллические силикаты.
Наиболее распространенным материалом поверхности планет в Солнечной системе, по-видимому, является водяной лед . Поверхностный лед находится так же близко к Солнцу, как и Меркурий, но его больше за пределами Марса. Другие поверхности включают твердое вещество в сочетании горных пород , реголита и замороженных химических элементов и химических соединений . В целом, лед преобладает на поверхности планет за линией промерзания , а ближе к Солнцу преобладают камни и реголит. Минералы и гидраты также могут присутствовать в меньших количествах на многих планетных поверхностях.
Редкие поверхностные проявления
Поверхностная жидкость, хотя и присутствует в большом количестве на Земле (самый большой объем поверхностной жидкости - Мировой океан ), редко встречается где-либо еще, за исключением Титана, который имеет самую большую известную систему углеводородных озер, в то время как поверхностная вода, изобилующая на Земле и необходимая для всех известных форм Считается, что жизнь существует только в виде сезонных потоков на теплых марсианских склонах и в обитаемых зонах других планетных систем .
Вулканизм может вызывать потоки лавы на поверхности геологически активных тел (крупнейшим из них является поток Амирани (вулкан) на Ио). Многие магматические породы Земли образуются в результате процессов, редких где-либо еще, таких как присутствие вулканической магмы и воды. Месторождения поверхностных минералов, таких как оливин и гематит, обнаруженные на Марсе луноходами, являются прямым доказательством наличия стабильной воды на поверхности Марса в прошлом .
Помимо воды, многие другие обильные поверхностные материалы являются уникальными для Земли в Солнечной системе, поскольку они не только органические, но и образовались из-за присутствия жизни - к ним относятся карбонатные твердые грунты , известняк , растительность и искусственные сооружения, хотя последние присутствуют из-за для исследования исследования (см. также Список искусственных объектов на внеземных поверхностях ).
Внеземные органические соединения
Все чаще органические соединения обнаруживаются на объектах по всей Солнечной системе. Хотя вряд ли это указывает на присутствие внеземной жизни, вся известная жизнь основана на этих соединениях. Сложные молекулы углерода могут образовываться в результате различных сложных химических взаимодействий или доставляться посредством ударов с небольшими объектами солнечной системы и могут объединяться, образуя «строительные блоки» жизни на основе углерода . Поскольку органические соединения часто являются летучими , их стойкость в твердом или жидком виде на поверхности планеты представляет научный интерес, поскольку это указывает на внутренний источник (например, изнутри объекта) или остаток от больших количеств органического материала, сохраняемого в особых условиях в течение геологические масштабы времени или внешний источник (например, от прошлых или недавних столкновений с другими объектами). Излучение затрудняет обнаружение органического вещества, что чрезвычайно затрудняет его обнаружение на безатмосферных объектах, расположенных ближе к Солнцу.
Примеры вероятных событий включают:
- Толины - многие транснептуновые объекты, в том числе Плутон-Харон, Титан, Тритон, Эрида , Седна , 28978 Иксион, 90482 Оркус, 24 Фемида.
- Клатрат метана (CH 4 · 5,75H 2 O) - Оберон , Титания , Умбриэль , Плутон , 90482 Оркус, комета 67P
На марсе
Марсианские исследования, в том числе образцы, взятые на марсоходах, и спектроскопия с орбитальных спутников, показали наличие ряда сложных органических молекул, некоторые из которых могут быть биосигнатурами в поисках жизни.
-
Тиофен ( C
4ЧАС
4S ) -
Политиофен (полимер C
4ЧАС
4S ) -
Метантиол ( CH
3SH ) -
Диметилсульфид ( CH
2S )
На Церере
-
Бикарбонат аммония ( NH
4HCO
3). - Гильсонит
На Энцеладе
На комете 67P
Космический зонд Philae (космический корабль) обнаружил на поверхности кометы 67P следующие органические соединения :.
-
Ацетамид ( CH
3CONH
2) - Ацетон (CH 3 ) 2 CO
-
Метилизоцианат ( CH
3Унтер-офицер ) -
Пропионовый альдегид ( CH
3CH
2CHO )
Неорганические материалы
Ниже приводится неисчерпывающий список поверхностных материалов, встречающихся на нескольких планетных поверхностях, с указанием их местоположений в порядке удаления от Солнца. Некоторые из них были обнаружены с помощью спектроскопии или прямого изображения с орбиты или пролета.
-
Лед ( H
2О ) - Меркурий (полярный); Система Земля-Луна; Марс (полярный); Церера и некоторые астероиды, такие как 24 Фемида ; Спутники Юпитера - Европа , Ганимед и Каллисто ; Тритон ,; Спутники Сатурна - Титан и Энцелад ; Луны Урана - Миранда , Умбриэль , Оберон ; Объекты пояса Койпера, включая систему Плутон - Харон , Хаумеа , 28978 Иксион , 90482 Оркус , 50000 Квавар - Силикатная порода - Меркурий, Венера, Земля, Марс, астероиды, Ганимед , Каллисто , Луна, Тритон.
- Реголит - Меркурий; Венера, система Земля-Луна; Марс (и его спутники Фобос и Деймос ); астероиды (в том числе 4 Весты ); Титан
- Азотный лед ( N ) - Плутон- Харон, Тритон , объекты пояса Койпера , Плутино
- Sulfur ( S ) - Ртуть; Земля; Марс; Спутники Юпитера - Ио и Европа
Редкие неорганические вещества
- Соли - Земля, Марс, Церера, Трояны Европы и Юпитера, Энцелад
- Глины - Земля; Марс; астероиды, включая Цереру и Темпель 1 ; Европа
- Песок - Земля, Марс, Титан
-
Карбонат кальция ( CaCO
3) - Земля, Марс -
Карбонат натрия ( Na
2CO
3) - Земля, Церера
Углеродный лед
-
Сухой лед ( CO
2) - Марс (полярный); Ариэль; Умбриэль; Титания; Ганимед; Каллисто
- Лед с угарным газом ( CO ) - Triton
Формы рельефа
Общие особенности поверхности включают:
- Кратеры от ударов (но реже на телах с толстой атмосферой, крупнейшим из которых является Hellas Planitia на Марсе )
- Дюны Венеры, Земли, Марса и Титана
- вулканы и криовулканы
- Rilles
- Горы (самый высокий из них - Реасильвия на Весте 4 )
- Откосы
- Каньоны и долины (самый большой из них - долина Маринерис на Марсе)
- Пещеры
- Лавовые трубки , обнаруженные на Венере, Земле, Луне и Марсе
Поверхность газовых гигантов
Обычно считается , что газовые гиганты не имеют поверхности, хотя у них может быть твердое ядро из породы или различных типов льда, или жидкое ядро из металлического водорода . Однако ядро, если оно существует, не включает в себя достаточно массы планеты, чтобы на самом деле считаться поверхностью. Некоторые ученые считают, что точка, в которой атмосферное давление равно 1 бар , что эквивалентно атмосферному давлению на поверхности Земли, является поверхностью планеты. [1]
Жизнь
Поверхности планет исследуются на предмет наличия прошлой или настоящей внеземной жизни . Томас Голд расширил эту область, продвигая возможность жизни и так называемой глубокой биосферы под поверхностью небесного тела, а не только на поверхности.
Поверхностный шовинизм и сурфакизм
Более того, Томас Голд критиковал науку, которая в своем поиске жизни фокусируется только на поверхности, а не ниже, как поверхностный шовинизм .
Точно так же акцент на ограничении поверхности и защите территориального пространства , особенно для космической колонизации, такой как Марс , был назван сурфакизмом , пренебрегая интересом к атмосфере и потенциальному атмосферному обитанию человека, например, над поверхностью Венеры .