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La ciencia planetaria (o más raramente, planetología ) es el estudio científico de los planetas (incluida la Tierra ), los cuerpos celestes (como las lunas , los asteroides y los cometas ) y los sistemas planetarios (en particular los del Sistema Solar ) y los procesos de su formación. Estudia objetos que varían en tamaño desde micrometeoroides hasta gigantes gaseosos , con el objetivo de determinar su composición, dinámica, formación, interrelaciones e historia. Es un campo fuertemente interdisciplinario , que originalmente surgió de la astronomía y las ciencias de la Tierra , [1] y ahora incorpora muchas disciplinas, incluida la geología planetaria , la cosmoquímica , la ciencia atmosférica , la física , la oceanografía , la hidrología , la ciencia planetaria teórica , la glaciología y la exoplanetología . [1] Las disciplinas afines incluyen la física espacial , cuando se ocupa de los efectos del Sol en los cuerpos del Sistema Solar, y la astrobiología .
Existen ramas teóricas y observacionales interrelacionadas de la ciencia planetaria. La investigación observacional puede implicar combinaciones de exploración espacial , predominantemente con misiones de naves espaciales robóticas que utilizan teledetección , y trabajo experimental comparativo en laboratorios terrestres . El componente teórico implica una considerable cantidad de simulación por computadora y modelado matemático .
Los científicos planetarios suelen trabajar en los departamentos de astronomía y física o ciencias de la Tierra de universidades o centros de investigación, aunque existen varios institutos de ciencias puramente planetarias en todo el mundo. Por lo general, los científicos planetarios estudian una de las ciencias de la Tierra , astronomía , astrofísica , geofísica o física a nivel de posgrado y concentran su investigación en disciplinas de ciencias planetarias. Cada año se celebran varias conferencias importantes y se publica una amplia gama de revistas revisadas por pares . Algunos científicos planetarios trabajan en centros de investigación privados y a menudo inician tareas de investigación en colaboración.
Se puede decir que la historia de la ciencia planetaria comenzó con el antiguo filósofo griego Demócrito , de quien Hipólito dice que
Los mundos ordenados son ilimitados y de diferente tamaño, y en algunos no hay ni sol ni luna, pero en otros ambos son mayores que entre nosotros, y sin embargo en otros son más numerosos. Y que los intervalos entre los mundos ordenados son desiguales, aquí más y allí menos, y que unos crecen, otros florecen y otros decaen, y aquí surgen y allí se eclipsan, pero se destruyen al chocar entre sí. Y que algunos mundos ordenados están desprovistos de animales y plantas y de toda agua. [2]
En tiempos más modernos, la ciencia planetaria comenzó en la astronomía, a partir de estudios de los planetas no resueltos. En este sentido, el astrónomo planetario original sería Galileo , quien descubrió las cuatro lunas más grandes de Júpiter , las montañas de la Luna y observó por primera vez los anillos de Saturno , todos ellos objetos de intenso estudio posterior. El estudio de las montañas lunares por parte de Galileo en 1609 también inició el estudio de los paisajes extraterrestres: su observación "de que la Luna ciertamente no posee una superficie lisa y pulida" sugirió que ella y otros mundos podrían aparecer "justo como la faz de la Tierra misma". [3]
Los avances en la construcción de telescopios y la resolución instrumental permitieron gradualmente una mayor identificación de los detalles atmosféricos y superficiales de los planetas. La Luna fue inicialmente la más estudiada, debido a su proximidad a la Tierra, ya que siempre exhibía características elaboradas en su superficie, y las mejoras tecnológicas produjeron gradualmente un conocimiento geológico lunar más detallado. En este proceso científico, los principales instrumentos fueron los telescopios ópticos astronómicos (y más tarde los radiotelescopios ) y finalmente las naves espaciales robóticas de exploración , como las sondas espaciales .
El Sistema Solar ha sido estudiado relativamente bien y existe un buen conocimiento general de la formación y evolución de este sistema planetario. Sin embargo, hay un gran número de preguntas sin resolver [4] y el ritmo de nuevos descubrimientos es muy alto, en parte debido a la gran cantidad de naves espaciales interplanetarias que actualmente exploran el Sistema Solar.
La ciencia planetaria estudia la astronomía observacional y teórica, la geología ( astrogeología ), la ciencia atmosférica y una subespecialidad emergente en océanos planetarios , llamada oceanografía planetaria . [5]
Se trata de una ciencia tanto observacional como teórica. Los investigadores observacionales se ocupan principalmente del estudio de los cuerpos pequeños del Sistema Solar: aquellos que se observan mediante telescopios, tanto ópticos como de radio, de modo que se puedan determinar las características de estos cuerpos, como la forma, el giro, los materiales de la superficie y la erosión , y se pueda comprender la historia de su formación y evolución.
La astronomía planetaria teórica se ocupa de la dinámica : la aplicación de los principios de la mecánica celeste al Sistema Solar y a los sistemas planetarios extrasolares . La observación de exoplanetas y la determinación de sus propiedades físicas, la exoplanetología , es un área de investigación importante además de los estudios del Sistema Solar. Cada planeta tiene su propia rama.
En la ciencia planetaria, el término geología se utiliza en su sentido más amplio, para referirse al estudio de la superficie y las partes interiores de los planetas y las lunas, desde su núcleo hasta su magnetosfera. Los temas de investigación más conocidos de la geología planetaria tratan de los cuerpos planetarios en las proximidades de la Tierra: la Luna , y los dos planetas vecinos: Venus y Marte . De estos, la Luna fue estudiada primero, utilizando métodos desarrollados anteriormente en la Tierra. La geología planetaria se centra en los objetos celestes que exhiben una superficie sólida o tienen estados físicos sólidos significativos como parte de su estructura. La geología planetaria aplica la geología , la geofísica y la geoquímica a los cuerpos planetarios. [6]
La geomorfología estudia las características de las superficies planetarias y reconstruye la historia de su formación, infiriendo los procesos físicos que actuaron sobre la superficie. La geomorfología planetaria incluye el estudio de varias clases de características de la superficie:
La historia de la superficie de un planeta se puede descifrar mapeando las características de arriba a abajo según su secuencia de deposición , como la determinó por primera vez en estratos terrestres Nicolas Steno . Por ejemplo, el mapeo estratigráfico preparó a los astronautas del Apolo para la geología de campo que encontrarían en sus misiones lunares. Las secuencias superpuestas se identificaron en imágenes tomadas por el programa Lunar Orbiter , y estas se usaron para preparar una columna estratigráfica lunar y un mapa geológico de la Luna.
Uno de los principales problemas a la hora de generar hipótesis sobre la formación y evolución de los objetos del Sistema Solar es la falta de muestras que puedan analizarse en el laboratorio, donde se dispone de un amplio conjunto de herramientas y se puede poner en práctica todo el cuerpo de conocimientos derivados de la geología terrestre. En la Tierra hay muestras directas de la Luna, asteroides y Marte , extraídas de sus cuerpos originales y entregadas en forma de meteoritos . Algunos de ellos han sufrido contaminación por el efecto oxidante de la atmósfera terrestre y la infiltración de la biosfera , pero los meteoritos recogidos en las últimas décadas en la Antártida están casi en su totalidad prístinos.
Los diferentes tipos de meteoritos que se originan en el cinturón de asteroides cubren casi todas las partes de la estructura de los cuerpos diferenciados : incluso existen meteoritos que provienen del límite núcleo-manto ( pallasitas ). La combinación de geoquímica y astronomía observacional también ha permitido rastrear los meteoritos HED hasta un asteroide específico del cinturón principal, 4 Vesta .
Los relativamente pocos meteoritos marcianos conocidos han proporcionado información sobre la composición geoquímica de la corteza marciana, aunque la inevitable falta de información sobre sus puntos de origen en la diversa superficie marciana ha significado que no proporcionan restricciones más detalladas sobre las teorías de la evolución de la litosfera marciana . [10] Hasta el 24 de julio de 2013, se habían descubierto 65 muestras de meteoritos marcianos en la Tierra. Muchos se encontraron en la Antártida o en el desierto del Sahara.
Durante la era Apolo, en el programa Apolo , se recogieron y transportaron a la Tierra 384 kilogramos de muestras lunares , y tres robots Luna soviéticos también entregaron muestras de regolito de la Luna. Estas muestras proporcionan el registro más completo de la composición de cualquier cuerpo del Sistema Solar además de la Tierra. El número de meteoritos lunares está creciendo rápidamente en los últimos años – [11] a partir de abril de 2008 hay 54 meteoritos que han sido clasificados oficialmente como lunares. Once de ellos son de la colección de meteoritos antárticos de EE. UU., 6 son de la colección de meteoritos antárticos japoneses y los otros 37 son de localidades desérticas cálidas en África, Australia y Oriente Medio. La masa total de los meteoritos lunares reconocidos es cercana a los 50 kg.
Las sondas espaciales han permitido recopilar datos no solo en la región de la luz visible, sino también en otras áreas del espectro electromagnético. Los planetas se pueden caracterizar por sus campos de fuerza: la gravedad y sus campos magnéticos, que se estudian a través de la geofísica y la física espacial.
La medición de los cambios de aceleración que experimentan las naves espaciales a medida que orbitan ha permitido cartografiar con gran precisión los campos gravitatorios de los planetas. Por ejemplo, en la década de 1970, las perturbaciones del campo gravitatorio sobre los mares lunares se midieron mediante orbitadores lunares, lo que condujo al descubrimiento de concentraciones de masa, mascons , debajo de las cuencas Imbrium, Serenitatis, Crisium, Nectaris y Humorum.
Si el campo magnético de un planeta es suficientemente fuerte, su interacción con el viento solar forma una magnetosfera alrededor de un planeta. Las primeras sondas espaciales descubrieron las dimensiones brutas del campo magnético terrestre, que se extiende unos 10 radios terrestres hacia el Sol. El viento solar , una corriente de partículas cargadas, fluye hacia fuera y alrededor del campo magnético terrestre, y continúa detrás de la cola magnética, cientos de radios terrestres aguas abajo. Dentro de la magnetosfera, hay regiones relativamente densas de partículas de viento solar, los cinturones de radiación de Van Allen .
La geofísica planetaria incluye, entre otras cosas, la sismología y la tectonofísica , la dinámica de fluidos geofísicos , la física mineral , la geodinámica , la geofísica matemática y la prospección geofísica .
La geodesia planetaria (también conocida como geodésica planetaria) se ocupa de la medición y representación de los planetas del Sistema Solar, sus campos gravitatorios y los fenómenos geodinámicos ( movimiento polar en un espacio tridimensional variable en el tiempo). La ciencia de la geodesia tiene elementos tanto de la astrofísica como de las ciencias planetarias. La forma de la Tierra es en gran medida el resultado de su rotación, que causa su abultamiento ecuatorial , y de la competencia de procesos geológicos como la colisión de placas y el vulcanismo , resistidos por el campo gravitatorio de la Tierra . Estos principios se pueden aplicar a la superficie sólida de la Tierra ( orogenia ; pocas montañas son más altas que 10 km (6 mi), pocas fosas marinas profundas más profundas que eso porque, simplemente, una montaña tan alta como, por ejemplo, 15 km (9 mi), desarrollaría tanta presión en su base, debido a la gravedad, que la roca allí se volvería plástica , y la montaña se desplomaría a una altura de aproximadamente 10 km (6 mi) en un tiempo geológicamente insignificante. Algunos o todos estos principios geológicos se pueden aplicar a otros planetas además de la Tierra. Por ejemplo, en Marte, cuya gravedad superficial es mucho menor, el volcán más grande, Olympus Mons , tiene 27 km (17 mi) de altura en su cima, una altura que no podría mantenerse en la Tierra. El geoide de la Tierra es esencialmente la figura de la Tierra abstraída de sus características topográficas. Por lo tanto, el geoide de Marte ( areoide ) es esencialmente la figura de Marte abstraída de sus características topográficas. La topografía y la cartografía son dos campos importantes de aplicación de la geodesia.
La atmósfera es una importante zona de transición entre la superficie sólida de los planetas y los cinturones de radiación e ionización más enrarecidos . No todos los planetas tienen atmósfera: su existencia depende de la masa del planeta y de la distancia del planeta al Sol (se producen atmósferas demasiado distantes y heladas). Además de los cuatro planetas gigantes , tres de los cuatro planetas terrestres ( Tierra , Venus y Marte ) tienen atmósferas importantes. Dos lunas tienen atmósferas importantes: la luna Titán de Saturno y la luna Tritón de Neptuno . Existe una atmósfera tenue alrededor de Mercurio .
Los efectos de la velocidad de rotación de un planeta sobre su eje se pueden observar en las corrientes atmosféricas. Vistas desde el espacio, estas características se presentan como bandas y remolinos en el sistema de nubes y son particularmente visibles en Júpiter y Saturno.
La exoplanetología estudia los exoplanetas , los planetas que existen fuera de nuestro Sistema Solar . Hasta hace poco, los medios para estudiar los exoplanetas eran extremadamente limitados, pero con el ritmo actual de innovación en la tecnología de investigación , la exoplanetología se ha convertido en un subcampo de la astronomía en rápido desarrollo .
La ciencia planetaria utiliza con frecuencia el método de comparación para comprender mejor el objeto de estudio. Esto puede implicar comparar las densas atmósferas de la Tierra y la luna Titán de Saturno , la evolución de los objetos del Sistema Solar exterior a diferentes distancias del Sol o la geomorfología de las superficies de los planetas terrestres, por citar solo algunos ejemplos.
La principal comparación que se puede hacer es con las características de la Tierra, ya que es mucho más accesible y permite realizar una gama mucho mayor de mediciones. Los estudios análogos a la Tierra son particularmente comunes en geología planetaria, geomorfología y también en ciencia atmosférica.
El uso de análogos terrestres fue descrito por primera vez por Gilbert (1886). [8]
Esta lista no exhaustiva incluye aquellas instituciones y universidades con grupos importantes de personas que trabajan en ciencias planetarias. Se utiliza el orden alfabético.
Durante todo el año se celebran en todo el mundo talleres y conferencias más pequeños sobre campos específicos.
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