Ciencias planetarias

La ciencia planetaria (o más raramente, planetología ) es el estudio científico de los cuerpos celestes (como planetas (incluida la Tierra ), lunas , asteroides , cometas ) y sistemas planetarios (en particular los del Sistema Solar ) y los procesos de su formación. Estudia objetos que varían en tamaño desde micrometeoroides hasta enormes 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, incluyendo geología planetaria , cosmoquímica , ciencias atmosféricas , física , oceanografía , hidrología , ciencia planetaria teórica , glaciología y 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 .

La ciencia planetaria se divide en ramas teóricas y observacionales interrelacionadas. La investigación observacional puede combinar la exploración espacial , principalmente mediante misiones robóticas con sensores remotos , con trabajos experimentales comparativos en laboratorios terrestres . El componente teórico implica una considerable cantidad de simulaciones por computadora y modelos matemáticos .

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 dedicados exclusivamente a las ciencias planetarias en todo el mundo. Generalmente, estudian ciencias de la Tierra, astronomía, astrofísica , geofísica o física a nivel de posgrado y centran su investigación en disciplinas de ciencias planetarias. Se celebran varias conferencias importantes cada año y se publican numerosas revistas científicas revisadas por pares . Algunos científicos planetarios trabajan en centros de investigación privados y a menudo inician proyectos de investigación en colaboración con otras instituciones.

Se puede decir que la historia de la ciencia planetaria comenzó con el filósofo griego antiguo Demócrito , de quien Hipólito dice:

Los mundos ordenados son ilimitados y difieren en tamaño, y en algunos no hay ni sol ni luna, pero en otros ambos son más grandes que en el nuestro, y en otros más numerosos. Y los intervalos entre los mundos ordenados son desiguales, aquí más y allá menos, y algunos aumentan, otros florecen y otros decaen, y aquí surgen y allá se eclipsan. Pero se destruyen al colisionar entre sí. Y algunos mundos ordenados carecen de animales, plantas y agua. Estos planetas son rocosos, sin nada más, a veces con atmósfera, pero inhóspitos. ^{[ 2 ]}

En tiempos más modernos, la ciencia planetaria comenzó en la astronomía, a partir de estudios de 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 objeto de intenso estudio posterior. El estudio de Galileo sobre las montañas lunares en 1609 también dio inicio al estudio de paisajes extraterrestres: su observación de que «la Luna ciertamente no posee una superficie lisa y pulida» sugirió que tanto ella como otros mundos podrían tener una apariencia «igual que la superficie de la Tierra». ^{[ 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 el cuerpo celeste más estudiado, debido a su proximidad a la Tierra, ya que siempre ha mostrado características complejas 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 estudiado en profundidad y se tiene un buen conocimiento general de su formación y evolución. Sin embargo, aún quedan muchas preguntas sin resolver ^{[ 4 ]} , y el ritmo de nuevos descubrimientos es muy elevado, 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 ]}

Geología planetaria

En ciencias planetarias, el término geología se utiliza en su sentido más amplio, refiriéndose al estudio de la superficie y el interior de los planetas y lunas, desde su núcleo hasta su magnetosfera. Los temas de investigación más conocidos en geología planetaria se centran en los cuerpos celestes cercanos a la Tierra: la Luna y los dos planetas vecinos: Venus y Marte . De estos, la Luna fue la primera en estudiarse, utilizando métodos desarrollados previamente en la Tierra. La geología planetaria se enfoca en objetos celestes que presentan una superficie sólida o que poseen 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 ]}

Geomorfología planetaria

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 superficiales:

• Características de impacto ( cuencas multianulares , cráteres) ^{[ 7 ]}
• Características volcánicas y tectónicas (flujos de lava, fisuras, grietas ) ^{[ 8 ]}
• Características glaciares ^{[ 7 ]}
• Características eólicas ^{[ 8 ]}
• Meteorización espacial : efectos erosivos generados por el entorno hostil del espacio (bombardeo continuo de micrometeoritos, lluvia de partículas de alta energía, erosión por impacto ). Por ejemplo, la fina capa de polvo sobre la superficie del regolito lunar es resultado del bombardeo de micrometeoritos.
• Características hidrológicas: el líquido involucrado puede variar desde agua hasta hidrocarburos y amoníaco , dependiendo de la ubicación dentro del Sistema Solar. Esta categoría incluye el estudio de características paleohidrológicas (paleocanales, paleolagos). ^{[ 9 ]}

La historia de la superficie de un planeta puede descifrarse mediante el mapeo de sus características de arriba abajo, según su secuencia de deposición , tal como lo determinó por primera vez Nicolas Steno en estratos terrestres . Por ejemplo, el mapeo estratigráfico preparó a los astronautas del programa 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 elaborar una columna estratigráfica lunar y un mapa geológico de la Luna.

Cosmoquímica, geoquímica y petrología

Uno de los principales problemas al formular hipótesis sobre la formación y evolución de los objetos del Sistema Solar es la falta de muestras analizables en laboratorio, donde se dispone de una amplia gama de herramientas y se puede aplicar todo el conocimiento derivado de la geología terrestre. En la Tierra se encuentran muestras directas de la Luna, asteroides y Marte , extraídas de sus cuerpos de origen y transportadas como meteoritos . Algunos de estos meteoritos han sufrido contaminación por el efecto oxidante de la atmósfera terrestre y la infiltración de la biosfera , pero los meteoritos recolectados en las últimas décadas en la Antártida se conservan prácticamente intactos.

Los distintos tipos de meteoritos que se originan en el cinturón de asteroides abarcan 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 en el cinturón principal, 4 Vesta .

Los relativamente pocos meteoritos marcianos conocidos han aportado 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 hecho que no proporcionen restricciones más detalladas a las teorías sobre 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 recolectaron y transportaron a la Tierra 384 kilogramos de muestras lunares , y tres robots soviéticos Luna también trajeron muestras de regolito de la Luna. Estas muestras proporcionan el registro más completo de la composición de cualquier cuerpo del Sistema Solar aparte de la Tierra. El número de meteoritos lunares ha aumentado rápidamente en los últimos años ^{[ 11 ]} : a abril de 2008 había 54 meteoritos que habían 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 de Japón y los otros 37 son de localidades desérticas cálidas en África, Australia y Oriente Medio. La masa total de meteoritos lunares reconocidos es cercana a 50 kg (110 lb) .  

Geofísica planetaria y física espacial

Las sondas espaciales permitieron recopilar datos no solo en la región de la luz visible, sino también en otras áreas del espectro electromagnético. Los planetas se caracterizan por sus campos de fuerza: la gravedad y sus campos magnéticos, que se estudian mediante la geofísica y la física espacial.

La medición de los cambios en la aceleración que experimentan las naves espaciales durante sus órbitas ha permitido cartografiar con precisión los campos gravitatorios de los planetas. Por ejemplo, en la década de 1970, se midieron las perturbaciones del campo gravitatorio sobre los mares lunares mediante orbitadores lunares, lo que condujo al descubrimiento de concentraciones de masa, denominadas mascones , bajo las cuencas de 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 a su alrededor. Las primeras sondas espaciales descubrieron las dimensiones generales del campo magnético terrestre, que se extiende unos 10 radios terrestres hacia el Sol. El viento solar , una corriente de partículas cargadas, fluye alrededor del campo magnético terrestre y continúa detrás de la cola magnética, cientos de radios terrestres aguas 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 cosas, la sismología y la tectonofísica , la dinámica de fluidos geofísicos , la física de minerales , la geodinámica , la geofísica matemática y los estudios geofísicos .

Geodesia planetaria

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 incorpora elementos tanto de la astrofísica como de las ciencias planetarias. La forma de la Tierra es, en gran medida, resultado de su rotación, que provoca su abultamiento ecuatorial , y de la interacción de procesos geológicos como la colisión de placas y el vulcanismo , contrarrestados por el campo gravitatorio terrestre . 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 oceánicas profundas más profundas que eso porque, sencillamente, 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 derrumbaría hasta 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 terrestre es esencialmente la figura de la Tierra abstraída de sus características topográficas. Por lo tanto, el geoide marciano ( areoide ) es esencialmente la figura de Marte abstraída de sus características topográficas. La topografía y la cartografía son dos campos importantes de aplicación de geodesia.        

ciencia atmosférica planetaria

Una atmósfera es una importante zona de transición entre la superficie sólida del planeta 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 su distancia al Sol  ; en planetas demasiado distantes, se forman atmósferas heladas. Además de los cuatro planetas gigantes , tres de los cuatro planetas terrestres ( Tierra , Venus y Marte ) tienen atmósferas significativas. Dos lunas tienen atmósferas significativas: Titán, la luna de Saturno , y Tritón, la luna de Neptuno . Mercurio tiene una atmósfera tenue .

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 manifiestan como bandas y remolinos en el sistema nuboso y son particularmente visibles en Júpiter y Saturno.

La ciencia planetaria suele utilizar el método de comparación para comprender mejor el objeto de estudio. Esto puede implicar la comparación de las densas atmósferas de la Tierra y Titán , la luna 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 mencionar solo algunos ejemplos.

La principal comparación que se puede establecer es con accidentes geográficos terrestres, ya que son mucho más accesibles y permiten realizar un rango de mediciones mucho mayor. Los estudios análogos terrestres 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 ]}

• En la novela de ciencia ficción Dune de Frank Herbert , publicada en 1965 , el personaje secundario principal, Liet-Kynes, funge como el "planetólogo imperial" del planeta ficticio Arrakis , cargo que heredó de su padre, Pardot Kynes. ^{[ 12 ]} En este rol, se describe a un planetólogo como alguien con habilidades de ecólogo, geólogo, meteorólogo y biólogo, además de conocimientos básicos de sociología humana. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Los planetólogos aplican esta experiencia al estudio de planetas enteros. ^{[ 12 ] [ 13 ]} En la serie Dune , los planetólogos son empleados para comprender los recursos planetarios y planificar la terraformación u otros proyectos de ingeniería a escala planetaria. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Este puesto ficticio en Dune ha tenido un impacto en el discurso que rodea a la ciencia planetaria y es considerado por un autor como una "piedra de toque" dentro de las disciplinas relacionadas. ^{[ 14 ]} En un ejemplo, una publicación de Sybil P. Seitzinger en la revista Nature comienza con una breve introducción sobre el papel ficticio en Dune y sugiere que los humanos deberían considerar nombrar individuos con habilidades similares a las de Liet-Kynes para ayudar a gestionar su actividad en la Tierra. ^{[ 15 ]}

• Areografía (geografía de Marte)
• Cartografía planetaria
• Sistema de coordenadas planetarias
• Selenografía : estudio de la superficie y las características físicas de la Luna.
• Planetología teórica
• Cronología de la exploración del Sistema Solar

• Carr, Michael H., Saunders, RS, Strom, RG, Wilhelms, DE 1984. La geología de los planetas terrestres . NASA.
• Morrison, David. 1994. Explorando mundos planetarios . WH Freeman. ISBN 0-7167-5043-0
• Hargitai H et al. (2015) Clasificación y caracterización de las formas del relieve planetario. En: Hargitai H (ed) Enciclopedia de las formas del relieve planetario. Springer. doi : 10.1007/978-1-4614-3134-3 https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-1-4614-3134-3%2F1.pdf
• Hauber E et al. (2019) Cartografía geológica planetaria. En: Hargitai H (ed) Cartografía planetaria y SIG. Springer.
• Page D (2015) La geología de las formas del relieve planetario . En: Hargitai H (ed) Enciclopedia de las formas del relieve planetario. Springer.
• Rossi, AP, van Gasselt S (eds) (2018) Geología planetaria. Saltador

• Descubrimientos de la investigación en ciencias planetarias (artículos)
• La Sociedad Planetaria (el grupo de interés espacial más grande del mundo: véase también su blog de noticias activo ).
• Boletín informativo sobre exploración planetaria (Boletín profesional publicado por PSI, distribución semanal)
• Mujeres en la Ciencia Planetaria (redes profesionales y noticias)