Информация о научных исследованиях планет солнечной системы: Новые научные исследования планет Солнечной системы – информация для сообщения кратко (4 класс, окружающий мир) |

Содержание

В. Н. Ткачев, В. В. Захаренко, К. Ю. Милостная СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ WEB-КАТАЛОГ РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕЙ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ НА ПЛАНЕТАХ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ Статьи наших авторов

The Strategies of Modern Science Development: Proceedings of the II International scientific–practical conference 4-5 June 2013. — Yelm, WA, USA: Science Book Publishing House, 2013. — Section «Information Technology». — Р. 3-7.

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ WEB—КАТАЛОГ РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕЙ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ
НА ПЛАНЕТАХ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
В.Н. Ткачев^1,2, В.В. Захаренко², К.Ю. Милостная²
¹Харьковский национальный университет радиоэлектроники, г. Харьков, Украина, vitalii.tkachov@kture.kharkov.ua;
²Радиоастрономический институт Национальной академии наук Украины, г. Харьков, Украина milostnaya@rian.kharkov.ua

Качественные изображения молний за пределами планеты Земля были получены в августе 2009 г. на планете Сатурн. Это явление было зарегистрировано космическим аппаратом Кассини во время шторма, который продолжался с января по октябрь и был самой долгой грозой в Солнечной системе. Однако первые наблюдения проводились еще в 2004 г. [1].

Когда стало известно, что на Сатурне начался очередной шторм, в 2006 году были проведены наблюдения Сатурна на украинском декаметровом телескопе УТР-2, самом крупным и наиболее совершенным в мире инструментом декаметрового диапазона длин волн, с целью регистрации молний. Первый успех дал надежду на продолжительные интенсивные исследования [1, 2].

Данные 2007 года, полученные на УТР-2, показали, что наблюдения (в первую очередь благодаря специфической приемной аппаратуре) обладают рядом преимуществ для наблюдений молний на Сатурне. Кроме того, с 2011 года целями наблюдений на УТР-2 стали планеты Уран и Венера [1, 2].

В 2013 году, когда результатов наблюдений накопилось более 2 тыс., было принято решение о разработке систематизирующего каталога данных о молниях. Важно отметить, что подобных каталогов ранее не было.

WEB-формат каталога был выбран исходя из требований мобильности, простоты и удобства.

Web-сайт каталога реализован в виде динамического web-сервиса. В его работе используются php- и js- скрипты, MySQL-база данных, FTP-сервер. В перспективе – разработка специализированного модуля автоматического добавления информации без участия человека. Предполагается, что в этом случае достаточно будет поставить задачу системе управления радиотелескопом о наблюдении в нужное время и в нужном месте, а результаты будут автоматически добавляться в каталог, или ждать принятия решения оператором.

Система хранения данных (файла заголовка, файла данных и изображения) реализована в виде распределенного FTP-сервера, который находиться на вычислительном кластере РИ НАНУ [3]. Сами записи об объектах хранятся в базах данных на сервере баз данных.

Важно отметить, что УТР-2 – единственный наземный радиотелескоп, который может фиксировать подобные объекты, поэтому планируется организовать на базе каталога и системы управления телескопом информационно-аналитическую систему. Это позволит другим исследователям (из заграницы) принимать участие в совместных научных исследованиях и наблюдениях молний на планетах Солнечной системы, и, возможно, экзопланетах.

На web-сайте каталога (рис. 1) также содержится информация об самом каталоге, поисковый механизм по каталогу, инструменты преобразования григорианского в юлианский день, статистика по планетам, публикации рабочей группы и контакты.

Таблица вывода информации по объектам содержит такие столбцы:

— название планеты;
— заголовок файла данных наблюдения и регистрации объекта;
— юлианский день;
— временное разрешение;
— полоса частот, в которой проводились наюблюдения;
— ссылка на файл данных наблюдений и его размер;
— тип и режим работы приемника-регистратора;
— визуализированный результат наблюдения;
— дата добавления данных в каталог.

Схема организации работы системы «Каталог EDC» приведена на рис. 2. На ней отображены основные запросы и ответы, происходящие внутри системы на данном этапе.

Структура каталога на FTP-сервере строится на основе ключа, который является юлианским днем. Относительно него данные сортируются на сервере хранения данных.

Рисунок 1 – Web-страница каталога

Рисунок 2 – Схема организации системы «Каталог EDC»

Таким образом, первый в мире каталог молний на планетах Солнечной системы реализован и используется. Адрес в сети Интернет: http://rian.kharkov.ua/decameter/EDC.

Литература

1. A.A. Konovalenko, N.N. Kalinichenko, H.O. Rucker, A. Lecacheux, G. Fischer, P. Zarka, V.V. Zakharenko, K.Y. Mylostna et al. Earliest recorded ground-based decameter wavelength observations of Saturn’s lightning during the giant E-storm detected by Cassini spacecraft in early 2006. // Icarus — 2013 — Vol. 224 -№ 1. — P. 14–23

2. Zakharenko V., Mylostna K. , Fischer G., Konovalenko A., Zarka P., Grie?meier J.-M., Ryabov B., Vavriv D., Ryabov V., Rucker H., Ravier P., Sidorchuk M., Cecconi B., Coffre A., Denis L., Fabrice C., Kozhyn R., Mukha D., Pallier L., Schneider J., Shevchenko V., Vinogradov V., Weber R., Nikolaenko V.S. Identification of Saturn Lightnings Recoeded by the UTR-2 Radio Telescope and Cassini Spacecraft// Radiofizika i Radioastronomia.-2010. — Vol.15, No 4. –c.361-368.

3. Tkachov V.M., Kulishenko S. F. The use of grid technology in the processing of radio astronomy data / Proceedings of the 16th International Youth Forum «Radio electronics and youth in the XXI Century» (Section «Modern information systems and technology in the management of enterprises and organizations»), 17-19 April, 2012. – Kharkiv: KhNURE. – P. 122-123.

The specialized web-catalog of observations of thunderstorm activity
on planets of the solar system
B. N. Tkachev^1,2, V. V. Zaharenko², K. Y. Мilostnaya²
¹ Kharkov National University of Radio Electronics, Kharkiv, Ukraine,
vitalii.tkachov @ kture.kharkov.ua;
² Institute of Radio Astronomy of the National Academy of Sciences
of Ukraine, Kharkov, Ukraine [email protected]

Qualitative images of lightning outside the Earth were received in August 2009 on the planet Saturn. This phenomenon has been registered by the Cassini spacecraft during the storm, which lasted from January to October and was the longest storm in the solar system. However, the first observations were made as early as 2004 [1].

When it became known that the next storm began on Saturn in 2006, the observations were made on Saturn Decameter Ukrainian UTR-2 telescope, the largest and most advanced tool in the world decameter wavelength range, in order to record lightning. The first success has given a hope for the prolonged intensive research [1, 2].

2007 data obtained from the UTR-2, showed that the observations (primarily due to the specific receiving equipment) have a number of advantages for the observations of lightning on Saturn. In addition, since 2011 the goals of observations at UTR-2 are Uranus and Venus [1, 2].

In 2013, when the results of the observations have accumulated more than 2 million, it was decided to develop a systematizing the data directory of lightning. It is important to note that these directories have not been done before.

WEB-catalog format was chosen based on the requirements of mobility, simplicity and convenience. Web-site directory is implemented as a dynamic web-service. Php- an js-scripts, MySQL-database, FTP-server are used in its work. The development of a specialized module to automatically add information without human intervention is in the long term. It is assumed that in this case it will be enough to put a task management system radio telescope on the observation at the right time and the right place, and the results will be automatically added to the catalog, or wait for a decision by the operator.

The data storage system (the header file, the data file and images) is implemented as a distributed FTP-server, which is located on a compute cluster of RI National Academy of Sciences. [3] Recordings are stored on objects in the database on the database server.

It is important to note that the UTR-2 is the only terrestrial radio telescope that can capture such objects, it is going to be organized a control system of information-analytical system on the basis of the catalog and telescope. This will allow other researchers (from abroad) to take part in joint scientific studies and observations of lightning on the planets of the solar system, and possibly extrasolar planets.

The web-site catalog (Fig. 1) also provides information on the directory itself, the search mechanism in the catalog, conversion tools in the Gregorian Julian Day, the statistics on the planets, the publication of the working groups and contacts.

Output table contains information on objects such columns:

— The name of the planet;
— The file header data monitoring and recording facility;
— Julian Day;
— Temporal resolution;
— The frequency, where the observations were conducted;
— A reference to the file observational data and its size;
— The type and mode of operation of the receiver-recorder;
— Visualize the results of observation;
— Date data is added to the catalog.

The organization of work of the «Catalogue of EDC» is shown in Fig. 2. It displays basic requests and responses that occur in the system at this stage.

The directory structure on the FTP-server is based on the key, which is the Julian day. Regarding his data is sorted on the server storage.

Thus, the world’s first directory of lightning on the planets of the solar system is being implemented and used. Internet Address: http://rian.kharkov.ua/decameter/EDC.

2. Zakharenko V., Mylostna K., Fischer G., Konovalenko A., Zarka P., Grie?meier J.-M., Ryabov B., Vavriv D., Ryabov V., Rucker H., Ravier P., Sidorchuk M., Cecconi B., Coffre A., Denis L. , Fabrice C., Kozhyn R., Mukha D., Pallier L., Schneider J., Shevchenko V., Vinogradov V., Weber R., Nikolaenko V.S. Identification of Saturn Lightnings Recoeded by the UTR-2 Radio Telescope and Cassini Spacecraft// Radiofizika i Radioastronomia.-2010. — Vol.15, No 4. –c.361-368.

Своя тропа в открытом космосе

В Москве в Институте космических исследований РАН прошел международный круглый стол «Предсказуемое будущее исследований планет Солнечной системы». На нем представители крупнейших космических агентств – США, Европейского союза и России – поделились планами освоения космоса в ближайшее десятилетие.

Речь шла о тех проектах, у которых наибольшая вероятность воплощения. О том, что именно интересует американских ученых на Луне, рассказал научный руководитель проекта Лунный разведывательный Орбитер (LRO) NASA Гордон Чин:

— Из наших ближайших миссий среднего класса, которые планируется осуществить, стоит отметить ту, что связана с отправкой аппарата для радиоосвоения Луны. Дело в том, что на Луне особенные пылевые условия, поэтому NASA запланировало изучить физические свойства этой пыли. А вторая миссия будет уже международной: предполагается запустить сеть посадочных аппаратов на поверхность Луны. Кроме того, нами были отобраны специальные миссии по линии «Discovery». Планируется с помощью двух космических аппаратов, соединенных лазерным лучом, измерять гравитационное поле Луны».

Глава научных исследований проекта «Бепи-Коломбо» Рита Шульц выступала с докладом о крупной совместной миссии Европейского космического агентства и NASA к Юпитеру. Затем она ответила на вопрос о том, как будут развиваться проекты стран Европейского союза по изучению Сатурна:

— Да, такие миссии прежде планировались европейским космическим агентством. Но потом эти проекты проиграли соревнование и уступили первенство проекту по запуску к Юпитеру. Тем не менее, я хочу подчеркнуть, что изучение Сатурна не отменено, оно просто приостановлено в настоящий момент. Поскольку обе эти миссии — и к Сатурну, и к Юпитеру являются дорогостоящими, то Сатурну придется подождать своей очереди к запуску.

О том, что советские исследователи в свое время лидировали в области изучения Венеры, напомнил директор Института космических исследований Лев Зеленый. Он объяснил, как именно в ближайшее время российские ученые намерены продолжить линию планетной космонавтики:

— Сейчас мы готовим проект посадочной станции на Венеру. И уже думаем о следующем исследовании Марса. Это будет одна или две станции, которым предстоит изучать, как устроен Марс, черные бури на планете и в особенности динамику атмосферы. Следующий большой проект — это исследование Луны. И затем – проект исследования системы Юпитера. Здесь мы продолжим традицию, которая была основана с лунными посадочными аппаратами. Срок этой миссии – 2020-е годы.

В ходе обсуждения неизбежно возник вопрос, за какими миссиями будущее – за крупными, дорогостоящими, которые готовятся много лет, или небольшого и среднего класса, которые можно запускать чаще. Свою точку зрения на эту проблему высказал заместитель научного руководителя проекта NASA «Марс Одиссей» Дэвид Сенски.

— Считаю, что необходимо соблюдать равновесие и не отказываться от мелких и средних миссий. Конечно, миссии масштаба марсианской научной лаборатории можно запускать лишь раз в десятилетие. И с научной точки зрения они чрезвычайно плодотворны. С другой стороны, если у нас есть какая-то конкретная цель, которую можно изучить с помощью миссии среднего или небольшого класса, думаю, не стоит упускать такую возможность.

Руководитель научных наблюдений проекта NASA «Марс- Одиссей» Гейлан Максмит полагает, что такие большие проекты, как освоение Марса, лучше делать международными, а не национальными. Тогда у каждой страны появится возможность сэкономить:

— В последнее время колоссально возрастает уровень сложности управляемых аппаратов. И поэтому такие программы должны осуществляться как международные. Очень много направлений космической деятельности дублируются разными странами. Например, в NASA и в Европейском космическом агентстве есть серии по изучению дальнего космоса. Дублируется очень большой объем работы, требующей существенных затрат, которых можно было и избежать.

Однако директор Института космических исследований РАН Лев Зеленый подчеркнул, что Россия должна сохранять собственные научные космические проекты:

— Международное сотрудничество очень важно. Мы активно используем европейские космические станции. Но при этом для России важно сохранить свои традиционные исследования. У нас не так много ресурсов, поэтому мы хотели бы иметь свою собственную исследовательскую программу, чтобы не раствориться в больших международных проектах.

В интервью для РС Лев Зеленый пояснил, почему он считает, что России при очевидной нехватке средств на высокотехнологичные научные проекты все-таки необходимо сохранять некоторую исследовательскую независимость и автономию:

— Любое сотрудничество должно быть взаимным. Например, нас ЕКА пригласило на проект «Маркс Экспресс», потому что в свое время мы приглашали ЕКА для участия в нашей миссии по проекту «Марс-96». Грубо говоря, если ты ходишь в гости, надо гостей тоже приглашать. Пока Россия первая по числу запусков во всем мире, а научных из них – ни одного. Поэтому сейчас наша задача сделать все для того, чтобы на равных участвовать в международном сотрудничестве. У нас есть промышленность, у нас есть база для своих крупных проектов и это даст нам фундамент для международного сотрудничества. Это чисто прагматическая позиция. У нас был уникальный опыт возврата «лэндеров» на Землю, а ведь это редко у кого получается. Удачных миссий с возвратом неземного вещества почти нет. Также надо развивать этот сюжет с Луной. То есть нам обязательно надо найти какую-то свою стезю. Мне кажется, сейчас проектная программа, где мы ни с кем не конкурируем – это посадочные аппараты. Обсуждается один из следующих лунных проектов – это посадка на Луну и высадка там «ровера». Нам трудно конкурировать с европейскими и американскими учеными в астрофизике, потому что там технологии ушли довольно далеко. И в большинстве такого рода миссий мы стараемся привлечь лучшие иностранные приборы. В этой области нам многое надо догонять и осваивать. Здесь мы потеряли возможность быть лидером.

— Чем объяснить такое сильное отставание России именно в области научных космических программ?

— Двадцать лет не было денег на исследования! Позор. Космическая промышленность занималась коммерческими запусками. Слава богу, что она выжила.

Двадцатилетнее отсутствие финансирование, по мнению Льва Зеленого, до сих пор сказывается на судьбе сегодняшних космических проектов. В частности, из-за этого пришлось отложить отправку аппарата к спутнику Марса Фобос. Как объяснил Лев Зеленый, чтобы снизить риски и гарантировать успех, 21 сентября в Роскосмосе принято тяжелое решение – перенести запуск аппарата на 2011 год:

— Сейчас в последние годы интерес Путина к науке, к космосу, к финансированию увеличился. Но для проекта «Фобос-грунт» деньги пришли с опозданием. Мы сделали то, что смогли за последние полтора года, но не все, что необходимо.

— Как в связи с этим можно объяснить недавнюю инициативу Министерства науки и образования, предложившего исключить космические и компьютерные технологии из числа приоритетных направлений российской науки?

— Это трудно объяснить. Просто стыдно иметь такое министерство науки.

Мнение Льва Зеленого, как видим, не отличается от взгляда значительной части экспертов, отмечающих необходимость поддержки и развития в России традиционно сильных научных областей, таких как космические исследования, физика высоких энергий, физика плазмы, физика твердого тела и некоторые другие. В современной науке, если страна хочет участвовать в дискуссии на равных, она должна быть интересным собеседником. Это значит, что у нее должны быть собственное мнение и собственные идеи, а они рождаются в национальных лабораториях.

Подготовлено по материалам программы Ирины Лагуниной «Время и мир».

Планетарные науки – науки о Земле и космосе

ESS нанимает двух новых исследовательских преподавателей в области 1) планетарных наук и 2) сейсмологии/геодезии. Для получения дополнительной информации и подачи заявки см.: apply.interfolio.com/116028 и apply.interfolio.com/116017.

ESS нанимает две новые штатные должности преподавателей в области 1) геоморфологии и 2) процессов на поверхности земли и планет в широком смысле. Подайте заявку на сайте apply.interfolio.com/116035 .

Распечатать эту страницу

Планетарная наука — это изучение внутренних органов, поверхностей и атмосфер объектов Солнечной системы и экзопланет. Это делается с помощью компьютерного моделирования, лабораторных экспериментов, полевых исследований аналогов Земли и исследований космических аппаратов. Департамент наук о Земле и космосе активно занимается всеми этими аспектами, уделяя особое внимание исследованиям Земли, Марса и ледяных спутников внешних планет. Мы применяем междисциплинарный подход к изучению различных аспектов планетных систем:

Составные и радиационные свойства планетных атмосфер и их эволюция.
Полярные и перигляциальные особенности и поведение льдов.
Морфология, динамика и состав поверхности как индикаторы прошлого климата, гидрологических циклов и геохимических процессов.
Потенциал настоящей и прошлой жизни в поверхностных и подземных средах.
Состав и развитие земной коры и недр планет.
Связь между солнечным ветром, магнитосферой и развитием атмосферы.

Преподаватели:

Дж. Майкл Браун – Экспериментальная и теоретическая физика минералов
Роджер Бьюик – Докембрийская жизнь и окружающая среда, Астробиология
Дэвид Кэтлинг – Планетарные атмосферы, Биогеохимия, Планетарная геоморфология (поверхностные процессы), Астробиология
Тим Элам – Геохимия Марса, Рентгенофлуоресцентная спектроскопия , Термические датчики расплава
Мишель Кутник – гляциология, планетология
Дэвид Монтгомери – геоморфология (речная, склоновая, тектоническая и планетарная)
Амит Мушкин – неотектоника, эволюция ландшафта, дистанционное зондирование, поверхностные процессы на Марсе
Рон Слеттен – физико-химические процессы в вечной мерзлоте; перигляциальная геоморфология; химия природной воды, планетология Марса
Джонатан Тонер- планетарная геохимия, термодинамика водных растворов, астробиология
Дейл Вайнбреннер-Прикладная физика, гляциология, дистанционное зондирование
Роберт Уингли — Космическая плазма, физика магнитосферы, передовые двигательные установки

Аффилированные исследовательские группы

UW Astrobiology
Виртуальная планетарная лаборатория
Вашингтонский консорциум космических грантов НАСА
Лаборатория прикладной физики
The Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL)

Курсы

ESS 102 – Космос и космические путешествия
ESS 115 – Астробиология: жизнь во Вселенной
ESS 205 – Доступ в космос
ESS 421 – Введение в дистанционное зондирование
ESS 422 – Полевые методы дистанционного зондирования
ESS 471 – Введение в космическую физику
ESS 472 – Ракеты и приборы
ESS 488/584 – Космическое право и политика
ESS 490 – Планетарные науки и астробиология
ESS 495 — Семинар НАСА по научным и инженерным исследованиям
ESS 515 — Геофизика: космос
ESS 575 — Усовершенствованные ракеты и приборы
ESS 581 — Атмосферы планет
ESS 583 — Происхождение Солнечной системы
ASTBIO 501 — Астробиологические дисциплины
ASTBIO 502 — Специальные темы по астробиологии
ASTBIO 550 — Повышение квалификации астробиологов

Шлейфы, извергающиеся с южного полюса Энцелада (космический аппарат «Кассини»).

Богатые солью трещины в ледяной оболочке Европы (космический корабль Галилео).

Пруд Дон Жуан, Антарктида, один из самых соленых водоемов на Земле (Джонатан Тонер).

Спуск в ударный кратер Монтураки, Чили (Дэвид Кэтлинг).

Повторяющиеся линии наклона (RSL) в кратере Паликир, Марс (марсианский разведывательный орбитальный аппарат).

Дом
Исследования
Группы
Планетарная наука

5 способов изучения рождения планет (включая нашу собственную!)

Некоторые говорят, что нет ничего лучше радости наблюдения за взрослением ребенка. А как насчет того, чтобы наблюдать, как растет планета?

Глядя в туманность, такую как изображенная выше туманность Ориона, все равно, что смотреть в окно детской. В этом потрясающем облаке космической пыли вы можете увидеть звезды и планеты на ранних стадиях их развития, их центры, заполненные термоядерным синтезом, завернуты во вращающиеся диски из газа и космической пыли. Именно эти «протопланетные» диски вокруг новорожденных звезд в конечном итоге конденсируются в планеты, вращающиеся вокруг звезд. Вуаля! Рождается Солнечная система!

Примечание редактора: Протопланетные диски встречаются не только в туманностях, но и являются отличным местом для их поиска.

Посмотрите на все эти молодые звезды и их протопланетные диски! НАСА/ЕКА и Л. Риччи (ESO)

Ученые из EPL и других организаций усердно работают над объяснением того, как каменистая планета, подобная нашей, попадает во Вселенную. Точно так же, как одни и те же основные генетические и метаболические процессы происходят у всех людей, но приводят к огромному разнообразию внешности и предпочтений, одни и те же физические процессы, происходящие в дисках, приводят к разнообразию типов планет. Среди этих планет есть суперземли, непохожие ни на что в нашей Солнечной системе, планеты с сумасшедшими орбитами и по крайней мере один прекрасный третий камень от Солнца, который поддерживает жизнь.

Мы не можем наблюдать за ростом планеты в режиме реального времени. На это ушли бы миллионы, если не миллиарды лет, а у людей на хорошем счету всего около 100 лет. Вместо этого мы всматриваемся в космос и собираем головоломку из подсказок, которые наблюдаем в природе и проверяем в лаборатории.

Изучение формирования планет требует от ученых одновременного поиска и наблюдения множества развивающихся планет и звездных систем. Затем мы сравниваем и противопоставляем их. В этой статье мы поделимся пятью способами, которыми ученые из EPL изучают рождение и развитие планет.

Примечание редактора: это не полный список. Ссылки на еще больше исследований внизу!

1) Поиск дочерних планет путем изучения динамики протопланетного диска

Художественное представление протопланет, формирующихся вокруг молодой звезды, любезно предоставлено NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Для изучения различных фаз развития планет полезно уметь находить планеты! Поскольку первая планета, вращающаяся вокруг солнечной звезды за пределами нашей Солнечной системы, была подтверждена в 1995 Пола Батлера из EPL ученые обнаружили более 4000 «экзопланет», но лишь немногие из них все еще находятся в стадии становления.

Чтобы поймать планету, пока она еще растет, нужно найти ее, когда ей всего несколько миллионов лет. Для сравнения, нашей планете около 4,5 миллиардов лет.

В 2018 году исследовательская группа, в которую входил астроном Карнеги Джейхан Бэ, разработала новую методику поиска планет. Команда измерила угарный газ, который поглощает очень различную длину волны света от центральной звезды. Небольшие изменения длины волны указывают на изменение движения газа в протопланетном диске.

Уникальное движение газа, которое они обнаружили, является хорошим признаком того, что молодые планеты вращаются вокруг звезды! В этом случае они обнаружили две маленькие планеты размером с Юпитер, вращающиеся вокруг HD 163296, молодой звезды возрастом 4 миллиона лет, которая в два раза больше нашего Солнца в созвездии Стрельца.

В то время Джейхан Бэ заявил: «Заглядывая вперед, анализ движения материала в диске вокруг молодой звезды может помочь нам найти экзопланеты, пока они еще находятся на стадии своего формирования», — заключил Бэ. «Это действительно может помочь нам понять, как возникает архитектура планетарной системы, и, возможно, даже раскрыть тайны эволюции нашей собственной Солнечной системы».

2) Метеориты раскрывают тайны формирования Солнечной системы

Ледяное поле Ла-Паса 02342 показано здесь в тонком срезе в поляризованном свете, любезно предоставленном Карлесом Мояно-Камберо.

Кометы и астероиды представляют собой то, что осталось от формирования нашей Солнечной системы. По сути, это куски камня, льда и металла, которые не превратились в планеты, поэтому найти кусочек одного из них может быть все равно, что открыть капсулу времени той бурной стадии роста нашей Солнечной системы. К счастью, кусочки астероидов падают на Землю в виде метеоритов. Изучая их состав и минералогию, такие исследователи, как Ларри Ниттлер из Карнеги, могут раскрыть подробности формирования нашей Солнечной системы!

Например, метеорит Ла-Пас — это «углеродистый хондрит», обнаруженный на ледяном поле Ла-Пас в Антарктиде. Метеориты, подобные ЛаПа, вероятно, образовались где-то рядом с Юпитером. Между тем считается, что кометы и другие ледяные тела образовались далеко за пределами Нептуна.

Итак, когда Ниттлер обнаружил крошечную крупинку с тем же отпечатком пальца, что и у кометы, внутри ЛаПаза, это было похоже на обнаружение жука, застрявшего в янтаре, за исключением того, что жук — это история нашей Солнечной системы. Тот факт, что кусок кометы находился внутри этого метеорита, подтверждает идею о том, что материалы перемещались с внешних краев нашей Солнечной системы внутрь, пока формировались планеты, которые мы знаем и любим.

По словам Ниттлера, «Поскольку этот образец кометного строительного материала был проглочен астероидом и сохранился внутри этого метеорита, он был защищен от разрушительного воздействия атмосферы Земли», — пояснил Ниттлер. «Это дало нам возможность взглянуть на материал, который не выжил бы, чтобы достичь поверхности нашей планеты самостоятельно, помогая нам понять химию ранней Солнечной системы».

Примечание редактора: это упрощение метеоров, комет и астероидов. Вы можете узнать больше об этих трех объектах здесь.

3) Взгляд изнутри Земли в поисках подсказок к жизни на других планетах

Художественное представление поверхности экзопланеты Звезда Барнарда b любезно предоставлено ESO/M.Kornmesser

Способность планеты расти для поддержания жизни зависит от что происходит под его поверхностью.

Анат Шахар, Питер Дрисколл, Алисия Вайнбергер и Джордж Коди из Университета Карнеги утверждают, что истинная картина планетарной обитаемости должна учитывать, как атмосфера планеты связана с тем, что происходит в ее недрах, и формирует ее.

На Земле тектоника плит имеет решающее значение для поддержания климата поверхности, в котором может процветать жизнь. По мере того как тектонические плиты движутся и взаимодействуют по поверхности нашей планеты, одни плиты погружаются под другие плиты. Погружение плит под поверхность планеты приводит к круговороту материалов между поверхностью Земли и недрами. Эта циркуляция является двигателем, который эффективно отводит тепло из недр Земли, что в конечном итоге приводит в действие магнитное поле Земли, создаваемое конвективными движениями во внешнем ядре Земли из расплавленного железа. Без магнитного поля Земля подвергалась бы бомбардировке солнечной и космической радиацией. Не годится для жизни на поверхности!

«Нам нужно лучше понять, как состав и внутренняя часть планеты влияют на ее обитаемость, начиная с Земли», — сказал Шахар. «Это можно использовать для поиска экзопланет и звездных систем, где могла бы процветать жизнь, признаки которой можно было бы обнаружить с помощью телескопов».

4) Изготовление мини-планет для проверки химического состава ядра

Изображение одного из экспериментов, описанных Элардо и Шахаром, на сканирующем электронном микроскопе, на котором виден яркий полусферический металл (представляющий собой ядро) рядом с серым закаленным силикатный (представляющий океан магмы). Кредит: Стивен Элардо.

Ученые не могут брать образцы ядер планет. Но они могут создавать мини-планеты в лаборатории для изучения химии железа при высоких давлениях!

В течение десятков миллионов лет формирования Земли ее ядро сформировалось в результате процесса, называемого дифференциацией, когда более плотные материалы, такие как железо, погружались внутрь к центру. Это сформировало слоистый состав, который мы знаем сегодня, с железным ядром и силикатной мантией и корой.

Одним из ключей к пониманию этого периода дифференциации Земли является изучение и сравнение изменений в распределении изотопов железа в образцах древних горных пород и минералов с Земли, Луны и других планет или планетарных тел. По сути, изотопы элемента имеют разное количество нейтронов. Чем больше нейтронов, тем тяжелее изотоп, чем атомный вес, который вы можете увидеть в периодической таблице. Наличие большего количества нейтронов также может изменить поведение элемента в химических реакциях, по крайней мере, очень незначительно. Таким образом, изотопный состав может действовать как отпечаток пальца для происхождения определенного материала.

Выдающейся загадкой была разница в соотношении изотопов железа, обнаруженная в лаве, образовавшейся в результате плавления верхней мантии Земли (спасибо вулканам!) и в образцах примитивных метеоритов, астероидов, Луны и Марса. Изотопный состав железа в лавах, образующихся в нашей мантии, в среднем тяжелее, чем на Луне и в других местах Солнечной системы. Если все в Солнечной системе началось с одного и того же протопланетного диска — а оно и произошло, — то изотопный состав железа должен выглядеть примерно одинаково от планеты к планете. Итак, почему изотопный состав железа на Земле отличается?

Используя современные инструменты высокого давления, Стивен Элардо и Анат Шахар из Карнеги смогли имитировать условия, обнаруженные глубоко внутри Земли и других планетарных тел, чтобы определить, почему отношения изотопов железа так сильно различаются.

Ученым удалось создать крошечные версии этих планетарных тел и подвергнуть их воздействию условий, при которых они, как считается, сформировались. Оказалось, что ответом было присутствие другого элемента: никеля.

В условиях образования Луны и Марса присутствие никеля заставляет мантию удерживать высокие концентрации более легких изотопов железа. Однако в более горячих условиях и при более высоком давлении процесса формирования ядра Земли этот эффект никеля исчезает. Это помогает объяснить, почему лавы с Земли обычно содержат более тяжелые изотопы железа, чем другие планетарные тела.

5) Природа против воспитания в первой земной коре

Рик Карлсон сидит на коре возрастом 4,28 миллиарда лет на берегу Гудзонова залива. Фото предоставлено Джонатану О’Нилу .

Сегодня Земле около 4,5 миллиардов лет, но когда-то наша планета была молодой — всего несколько миллионов лет. В то время поверхность Земли, вероятно, представляла собой кипящий магматический океан. Вначале плотные железо и никель планеты погрузились в ее недра, сформировав ядро. И по мере того, как поверхность планеты охлаждалась, выделяя тепло в космическое пространство, кусочки магмы начали затвердевать, и кора нашей планеты начала формироваться, плавая поверх магмы.

Нечто подобное, вероятно, произошло на большинстве земных миров нашей Солнечной системы, включая нашу Луну, которая, вероятно, образовалась после столкновения с Землей на поздних стадиях ее развития. Но есть одно огромное отличие. Лунная кора состоит преимущественно из одного минерала, а возраст большей части лунной коры превышает 4,3 миллиарда лет. Только большие ударные кратеры на Луне заполнены более молодыми потоками лавы. Причина, по которой в лунной коре преобладает один минерал, называемый плагиоклазовым полевым шпатом, заключается в том, что плагиоклаз менее плотный, чем магма, из которой он кристаллизуется, поэтому, кристаллизовавшись, плагиоклаз всплыл на поверхность магматического океана по той же причине, по которой плавает лед. на воде.

Земная кора, напротив, состоит из нескольких различных типов горных пород и уникально среди скалистых планет характеризуется наличием двух типов коры: богатой магнием коры океанских бассейнов и богатой кремнеземом (например, гранита) коры. континентов. Кора очень молодая, по крайней мере, по сравнению с лунной. Возраст трех четвертей земной коры, находящейся под океанами, составляет 200 миллионов лет или меньше. Только несколько очень небольших участков континентальной коры имеют возраст более 3,8 миллиарда лет. Это ставит интересную задачу перед Риком Карлсоном, директором Лаборатории Земли и планет, который ищет самые старые горные породы Земли, чтобы понять природу первой коры нашей планеты.

Преобладающая теория, которую опровергает исследование Карлсона, предполагает, что Земля, вероятно, сформировала статическую кору, как и наши земные соседи. Затем что-то произошло, что заставило его превратиться в уникальную, динамичную планету, которую мы имеем сейчас.

Поскольку он не может получить образец первой земной коры, Карлсон исследовал эту идею, используя новую форму радиометрического датирования. В отличие от традиционного радиометрического датирования, в котором используются долгоживущие радиоактивные изотопы, такие как уран, этот новый метод использует короткоживущие радиоактивные изотопы, такие как самарий и вольфрам, для изучения природы земной коры, существовавшей в первые 50-500 миллионов лет истории Земли.

То, что он обнаружил, было удивительным. Основываясь на изотопных характеристиках продуктов распада этих элементов в некоторых из древнейших горных пород Земли, Карлсон определил, что первая земная кора, вероятно, была тем же типом коры, который мы имеем сейчас в океанских бассейнах, — породой, называемой базальтом, подобной той, что изверглась в Гавайи.

Карлсон объяснил: «Если вы думаете об океане магмы на Луне, формирующем кору, то это, по сути, разовое событие. Земля также должна была сформировать какой-то тип ранней коры, образцов которой у нас нет, но, похоже, она сразу же избавилась от нее в результате субдукции коры, как это происходит сегодня в результате тектоники плит. Помещение богатой водой базальтовой коры при высоких температурах недр Земли вызывает ее плавление, и эти расплавы по составу аналогичны богатым кремнеземом породам, характерным для континентальной коры. Гранитные породы обладают достаточной плавучестью, чтобы сохраняться на поверхности Земли миллиарды лет, поэтому мы все еще можем найти остатки этой небольшой части старой коры, самая старая из обнаруженных на данный момент датируется 4,37 миллиардами лет.