La ciencia planetaria (o más raramente, la planetología ) es el estudio científico de los planetas (incluida la Tierra ), los cuerpos celestes (como lunas , asteroides , 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 , las ciencias atmosféricas , la física , la oceanografía , la hidrología , la ciencia planetaria teórica , la glaciología y la exoplanetología . [1] Las disciplinas aliadas incluyen la física espacial , cuando se trata de los efectos del Sol en los cuerpos del Sistema Solar, y la astrobiología .
Hay ramas observacionales y teóricas interrelacionadas de la ciencia planetaria. La investigación observacional puede implicar combinaciones de exploración espacial , predominantemente con misiones de naves espaciales robóticas que utilizan sensores remotos , y trabajo experimental comparativo en laboratorios terrestres . El componente teórico implica una considerable simulación por computadora y modelado matemático .
Los científicos planetarios generalmente están ubicados 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. Generalmente, 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 varios congresos importantes y 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 difieren en tamaño, y que en algunos no hay ni sol ni luna, pero que en otros ambos son mayores que entre nosotros, y en otros más en número. Y que los intervalos entre los mundos ordenados son desiguales, aquí más y allí menos, y que unos aumentan, otros florecen y otros decaen, y aquí nacen y allá se eclipsan. Pero se destruyen al chocar entre sí. Y que algunos mundos ordenados están desprovistos de animales, plantas y 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 objetos de intenso estudio posterior. El estudio de Galileo de las montañas lunares 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 él y otros mundos podrían aparecer "igual que 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 exhibió 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 posteriormente los radiotelescopios ) y finalmente las naves espaciales robóticas de exploración , como las sondas espaciales .
El Sistema Solar ha sido actualmente relativamente bien estudiado y existe una buena comprensión general de la formación y evolución de este sistema planetario. Sin embargo, hay un gran número de cuestiones sin resolver [4] y el ritmo de nuevos descubrimientos es muy alto, en parte debido al gran número de naves espaciales interplanetarias que actualmente exploran el Sistema Solar.
La ciencia planetaria estudia la astronomía observacional y teórica, la geología ( astrogeología ), las ciencias atmosféricas y una subespecialidad emergente en los océanos planetarios , llamada oceanografía planetaria . [5]
Esta es una ciencia tanto observacional como teórica. Los investigadores observacionales se ocupan predominantemente del estudio de los pequeños cuerpos del Sistema Solar: aquellos que se observan mediante telescopios, tanto ópticos como de radio, de modo que se determinan las características de estos cuerpos como la forma, el giro, los materiales de la superficie y la meteorización , y el Se puede entender 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 importante de investigación además de los estudios del Sistema Solar. Cada planeta tiene su propia rama.
En ciencia planetaria, el término geología se utiliza en su sentido más amplio, para referirse al estudio de la superficie y las partes interiores de planetas y 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 ellos, la Luna fue la primera en estudiarse, 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 en la superficie. La geomorfología planetaria incluye el estudio de varias clases de características de la superficie:
La historia de una superficie planetaria se puede descifrar mapeando las características de arriba a abajo según su secuencia de deposición , como lo determinó por primera vez en los 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. Se identificaron secuencias superpuestas en imágenes tomadas por el programa Lunar Orbiter , y estas se utilizaron 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 objetos en el Sistema Solar es la falta de muestras que puedan analizarse en el laboratorio, donde se dispone de un gran conjunto de herramientas y de todo el conocimiento derivado de las observaciones terrestres. la geología puede ser aplicada. En la Tierra hay muestras directas de la Luna, asteroides y Marte , extraídas de sus cuerpos progenitores y entregadas en forma de meteoritos . Algunos de ellos han sufrido la 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 son 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 cuerpos diferenciados : incluso existen meteoritos que provienen del límite núcleo-manto ( palasitas ). La combinación de geoquímica y astronomía observacional también ha permitido rastrear los meteoritos HED hasta un asteroide específico en el cinturón principal, 4 Vesta .
Los comparativamente 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 proporcionen restricciones más detalladas sobre las teorías de la evolución de la litosfera marciana . [10] Hasta el 24 de julio de 2013, se han descubierto en la Tierra 65 muestras de meteoritos marcianos. Muchos fueron encontrados 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] en abril de 2008 hay 54 meteoritos que han sido clasificados oficialmente como lunares. Once de ellos pertenecen a la colección de meteoritos antárticos de EE. UU., 6 pertenecen a la colección de meteoritos antárticos japoneses y los otros 37 proceden de localidades desérticas cálidas de África, Australia y Oriente Medio. La masa total de los meteoritos lunares reconocidos se acerca a los 50 kg.
Las sondas espaciales permitieron recopilar datos no sólo 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 en la aceleración que experimentan las naves espaciales a medida que orbitan ha permitido mapear detalles finos de los campos de gravedad 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 llevó 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, sale y rodea el campo magnético terrestre y continúa detrás de la cola magnética, cientos de radios de la Tierra corriente abajo. Dentro de la magnetosfera, existen regiones relativamente densas de partículas de viento solar, los cinturones de radiación de Van Allen .
La geofísica planetaria incluye, entre otras, sismología y tectonofísica , dinámica de fluidos geofísicos , física mineral , geodinámica , geofísica matemática y levantamientos geofísicos .
La geodesia planetaria (también conocida como geodésica planetaria) se ocupa de la medición y representación de los planetas del Sistema Solar, sus campos gravitacionales y los fenómenos geodinámicos ( movimiento polar en un espacio tridimensional que varía 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 provoca su abultamiento ecuatorial , y de la competencia de procesos geológicos como la colisión de placas y el vulcanismo , resistidos por el campo de gravedad terrestre . Estos principios se pueden aplicar a la superficie sólida de la Tierra ( orogenia ; pocas montañas tienen más de 10 km (6 millas), pocas fosas marinas profundas son 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 volvería a caer a una altura de aproximadamente 10 km (6 millas) en un tiempo geológicamente insignificante. Muchos de 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 millas) de altura en su pico, una altura que no podría ser mantenido 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 del planeta y los cinturones superiores de radiación y ionización enrarecidos . No todos los planetas tienen atmósfera: su existencia depende de la masa del planeta y de la distancia del planeta al Sol; demasiado distantes y se producen atmósferas heladas. Además de los cuatro planetas gigantes gaseosos , tres de los cuatro planetas terrestres ( la Tierra , Venus y Marte ) tienen atmósferas importantes. Dos lunas tienen atmósferas importantes: Titán , la luna de Saturno , y Tritón , la luna de Neptuno . Existe una atmósfera tenue alrededor de Mercurio .
Los efectos de la velocidad de rotación de un planeta alrededor de su eje se pueden ver en las corrientes y corrientes atmosféricas. Vistas desde el espacio, estas características se muestran 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 exoplanetas han sido 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 hace uso frecuentemente del método de comparación para dar una mayor comprensión del objeto de estudio. Esto puede implicar comparar las densas atmósferas de la Tierra y Titán , la luna de Saturno , la evolución de los objetos exteriores del Sistema Solar a diferentes distancias del Sol, o la geomorfología de las superficies de los planetas terrestres, por poner sólo 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 analógicos de la Tierra son particularmente comunes en geología planetaria, geomorfología y también en ciencias atmosféricas.
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 ciencia planetaria. Se utiliza el orden alfabético.
A lo largo del año se celebran en todo el mundo talleres y conferencias más pequeños sobre campos concretos.
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