Scienza planetaria comparativa

Tutti i pianeti terrestri (e alcuni satelliti, come la Luna) sono essenzialmente composti da silicati avvolti attorno a nuclei di ferro. Le grandi lune esterne del sistema solare e Plutone hanno più ghiaccio e meno roccia e metallo, ma subiscono ancora processi analoghi.

Vulcanismomodifica

Il vulcanismo sulla Terra è in gran parte basato sulla lava. Altri pianeti terrestri mostrano caratteristiche vulcaniche che si presume siano basate sulla lava, valutate nel contesto di analoghi facilmente studiati sulla Terra. Ad esempio, la luna di Giove Io mostra il vulcanismo esistente, compresi i flussi di lava. Questi flussi sono stati inizialmente dedotti per essere composto per lo più di varie forme di zolfo elementare fuso, sulla base di analisi di imaging fatto dalle sonde Voyager. Tuttavia, gli studi a infrarossi basati sulla Terra fatti negli 1980 e negli 1990 hanno causato il consenso a spostarsi a favore di un modello basato principalmente sui silicati, con lo zolfo che gioca un ruolo secondario.

Gran parte della superficie di Marte è composta da vari basalti considerati analoghi ai basalti hawaiani, dai loro spettri e dalle analisi chimiche in situ (incluse le meteoriti marziane). Mercurio e la Luna della Terra presentano allo stesso modo ampie aree di basalti, formate da antichi processi vulcanici. Le superfici nelle regioni polari mostrano morfologie poligonali, viste anche sulla Terra.

Oltre ai flussi di basalto, Venere ospita un gran numero di vulcani pancake dome creati da flussi di lava altamente viscosi ricchi di silice. Queste cupole mancano di un analogo Terrestre noto. Hanno una certa somiglianza morfologica con le cupole terrestri di lava riolite-dacite, anche se le cupole dei pancake sono molto più piatte e uniformemente rotonde in natura.

Alcune regioni più lontane nel Sistema Solare mostrano criovolcanismo, un processo non visto da nessuna parte sulla terra. Il cryovolcanism è studiato attraverso esperimenti di laboratorio, modellazione concettuale e numerica, e attraverso il confronto incrociato con altri esempi nel campo. Esempi di corpi con caratteristiche criovolcaniche includono comete, alcuni asteroidi e Centauri, Marte, Europa, Encelado, Tritone e possibilmente Titano, Cerere, Plutone ed Eris.

I droganti in tracce del ghiaccio di Europa sono attualmente postulati per contenere zolfo. Questo è in fase di valutazione tramite una molla solfato canadese come analogo, in preparazione per le future sonde Europa.Piccoli corpi come comete, alcuni tipi di asteroidi e granelli di polvere, d’altra parte, servono come controesempi. Si presume che abbiano sperimentato poco o nessun riscaldamento, questi materiali possono contenere (o essere) campioni che rappresentano il primo Sistema solare, che da allora sono stati cancellati dalla Terra o da qualsiasi altro grande corpo.

Alcuni pianeti extrasolari sono coperti interamente da oceani di lava, e alcuni sono pianeti chiusi in modo tidale, il cui emisfero rivolto verso le stelle è interamente lavico.

CrateringEdit

I crateri osservati sulla Luna erano un tempo considerati vulcanici. La Terra, in confronto, non ha mostrato un numero di crateri simile, né un’alta frequenza di grandi eventi meteorici, che ci si aspetterebbe dal momento che due corpi vicini dovrebbero sperimentare tassi di impatto simili. Alla fine questo modello di vulcanismo è stato rovesciato, come numerosi crateri terrestri (dimostrati da es., shatter coni, quarzo scioccato e altri impactites, e forse spall) sono stati trovati, dopo essere stato eroso nel corso del tempo geologico. Crateri formati da ordigni sempre più grandi servivano anche da modelli. La Luna, d’altra parte, non mostra atmosfera o idrosfera, e potrebbe quindi accumulare e preservare crateri da impatto per miliardi di anni nonostante un basso tasso di impatto in qualsiasi momento. Inoltre, più ricerche da parte di più gruppi con attrezzature migliori hanno evidenziato il gran numero di asteroidi, che si presume siano stati ancora più numerosi nei periodi precedenti del Sistema solare.

Come sulla Terra, un basso numero di crateri su altri corpi indica superfici giovani. Ciò è particolarmente credibile se le regioni o i corpi vicini mostrano crateri più pesanti. Le superfici giovani, a loro volta, indicano l’elaborazione atmosferica, tettonica o vulcanica, o idrologica su grandi corpi e comete, o la ridistribuzione della polvere o una formazione relativamente recente su asteroidi (cioè la scissione da un corpo genitore).

L’esame del record di crateri su più corpi, in più aree del Sistema solare, indica un pesante bombardamento tardivo, che a sua volta fornisce prove della storia antica del Sistema solare. Tuttavia, il bombardamento pesante tardivo come attualmente proposto ha alcuni problemi e non è completamente accettato.

Un modello per la densità eccezionalmente elevata di Mercurio rispetto ad altri pianeti terrestri è la rimozione di una quantità significativa di crosta e/o mantello da bombardamenti estremamente pesanti.

Differenziazionemodifica

Essendo un grande corpo, la Terra può efficacemente trattenere il suo calore interno (dalla sua formazione iniziale più il decadimento dei suoi radioisotopi) nel lungo arco temporale del Sistema Solare. Mantiene così un nucleo fuso e ha materiali densi differenziati che sono affondati nel nucleo, mentre i materiali leggeri galleggiano per formare una crosta.

Altri corpi, per confronto, possono o non possono avere differenziati, in base alla loro storia di formazione, contenuto di radioisotopi, ulteriore apporto di energia tramite bombardamento, distanza dal Sole, dimensioni, ecc. Studiare corpi di varie dimensioni e distanze dal Sole fornisce esempi e pone vincoli sul processo di differenziazione. La differenziazione stessa viene valutata indirettamente, dalla mineralogia della superficie di un corpo, rispetto alla sua densità apparente e mineralogia, o attraverso effetti di forma dovuti a leggere variazioni di gravità. La differenziazione può anche essere misurata direttamente, dai termini di ordine superiore del campo di gravità di un corpo come misurato da un flyby o assist gravitazionale, e in alcuni casi da librazioni.

I casi limite includono Vesta e alcune delle lune più grandi, che mostrano differenziazione ma si presume che da allora siano completamente solidificate. La questione se la Luna della Terra si sia solidificata, o mantenga alcuni strati fusi, non è stata definitivamente risolta. Inoltre, i processi di differenziazione dovrebbero variare lungo un continuum. I corpi possono essere composti da rocce e metalli più leggeri e pesanti, un alto contenuto di ghiaccio d’acqua e sostanze volatili (con minore resistenza meccanica) nelle regioni più fredde del Sistema solare, o principalmente ghiacci con un basso contenuto di roccia/metallo ancora più lontano dal Sole. Questo continuum è pensato per registrare le diverse chimiche del primo Sistema solare, con refrattari che sopravvivono nelle regioni calde e volatili spinti verso l’esterno dal giovane Sole.

I nuclei dei pianeti sono inaccessibili, studiati indirettamente dalla sismometria, dalla gravimetria e in alcuni casi dalla magnetometria. Tuttavia, i meteoriti di ferro e di ferro pietroso sono probabilmente frammenti dei nuclei dei corpi genitori che si sono parzialmente o completamente differenziati, quindi frantumati. Questi meteoriti sono quindi l’unico mezzo per esaminare direttamente i materiali interni profondi e i loro processi.

I pianeti giganti gassosi rappresentano un’altra forma di differenziazione, con più strati fluidi per densità. Alcuni distinguono ulteriormente tra veri giganti gassosi e giganti di ghiaccio più lontani dal Sole.

Tettonica

A sua volta, un nucleo fuso può consentire la tettonica a placche, di cui la Terra mostra caratteristiche principali. Marte, come un corpo più piccolo della Terra, non mostra alcuna attività tettonica corrente, né creste montuose da attività geologicamente recente. Si presume che ciò sia dovuto a un interno che si è raffreddato più velocemente della Terra (vedi geomagnetismo sotto). Un caso limite potrebbe essere Venere, che non sembra avere tettonica esistente. Tuttavia, nella sua storia, probabilmente ha avuto attività tettonica ma l’ha persa. È possibile che l’attività tettonica su Venere possa essere ancora sufficiente per ricominciare dopo una lunga era di accumulo.

Io, pur avendo un elevato vulcanismo, non mostra alcuna attività tettonica, probabilmente dovuta a magmi a base di zolfo con temperature più elevate, o semplicemente flussi volumetrici più elevati. Nel frattempo, le fosse di Vesta possono essere considerate una forma di tettonica, nonostante le piccole dimensioni del corpo e le temperature fresche.

Europa è una dimostrazione chiave della tettonica dei pianeti esterni. La sua superficie mostra il movimento di blocchi di ghiaccio o zattere, faglie strike-slip, e possibilmente diapiri. La questione della tettonica esistente è molto meno certa, forse essendo stata sostituita dal criomagmatismo locale. Ganimede e Tritone possono contenere aree riemerse tettonicamente o criovolcanicamente, e i terreni irregolari di Miranda possono essere tettonici.

I terremoti sono ben studiati sulla Terra, poiché più sismometri o grandi array possono essere utilizzati per ricavare forme d’onda di terremoto in più dimensioni. La Luna è l’unico altro corpo a ricevere con successo un array di sismometri; “marsquakes” e l’interno di marte si basano su modelli semplici e ipotesi derivate dalla Terra. Venere ha ricevuto sismometria trascurabile.

I giganti gassosi possono a loro volta mostrare diverse forme di trasferimento di calore e miscelazione. Inoltre, i giganti gassosi mostrano effetti termici diversi per dimensione e distanza dal Sole. Urano mostra un bilancio termico negativo netto nello spazio, ma gli altri (incluso Nettuno, più lontano) sono netti positivi.

GeomagnetismEdit

Due pianeti terrestri (Terra e Mercurio) mostrano magnetosfere e quindi hanno strati di metallo fuso. Allo stesso modo, tutti e quattro i giganti gassosi hanno magnetosfere, che indicano strati di fluidi conduttivi. Ganimede mostra anche una debole magnetosfera, presa come prova di uno strato sotterraneo di acqua salata, mentre il volume intorno a Rhea mostra effetti simmetrici che possono essere anelli o un fenomeno magnetico. Di questi, la magnetosfera terrestre è di gran lunga la più accessibile, anche dalla superficie. È quindi il più studiato e le magnetosfere extraterrestri vengono esaminate alla luce di precedenti studi sulla Terra.

Tuttavia, esistono differenze tra le magnetosfere, indicando aree che necessitano di ulteriori ricerche. La magnetosfera di Giove è più forte degli altri giganti gassosi, mentre quella terrestre è più forte di quella di Mercurio. Mercurio e Urano hanno compensato le magnetosfere, che non hanno ancora una spiegazione soddisfacente. L’asse capovolto di Urano fa sì che la sua magnetotail si cavatappi dietro il pianeta, senza alcun analogo noto. I futuri studi uraniani potrebbero mostrare nuovi fenomeni magnetosferici.

Marte mostra resti di un precedente campo magnetico su scala planetaria, con strisce come sulla Terra. Questo è preso come prova che il pianeta aveva un nucleo di metallo fuso nella sua storia precedente, consentendo sia una magnetosfera che un’attività tettonica (come sulla Terra). Entrambi da allora si sono dissipati. La Luna terrestre mostra campi magnetici localizzati, indicando un processo diverso da un grande nucleo di metallo fuso. Questa potrebbe essere la fonte di vortici lunari, non visti sulla Terra.

GeochemistryEdit

A parte la loro distanza dal Sole, diversi corpi mostrano variazioni chimiche che indicano la loro formazione e storia. Nettuno è più denso di Urano, preso come una prova che i due potrebbero aver cambiato posto nel primo Sistema solare. Le comete mostrano sia un alto contenuto volatile, sia grani contenenti materiali refrattari. Questo indica anche una certa miscelazione di materiali attraverso il Sistema Solare quando quelle comete si sono formate. L’inventario dei materiali di Mercurio per volatilità viene utilizzato per valutare diversi modelli per la sua formazione e/o successiva modifica.

Abbondanze isotopiche indicano processi sulla storia del Sistema solare. In una certa misura, tutti i corpi si sono formati dalla nebulosa presolare. Vari processi successivi poi alterano rapporti elementari e isotopici. I giganti gassosi, in particolare, hanno abbastanza gravità per mantenere atmosfere primarie, prese in gran parte dalla nebulosa presolare, in contrasto con il successivo degassamento e le reazioni delle atmosfere secondarie. Le differenze nelle atmosfere giganti gassose rispetto alle abbondanze solari indicano quindi qualche processo nella storia di quel pianeta. Nel frattempo, i gas su piccoli pianeti come Venere e Marte hanno differenze isotopiche che indicano processi di fuga atmosferica.{argon isotope ratio planet meteorite} {neon isotope ratio meteorite}

Le varie modifiche dei minerali di superficie, o agenti atmosferici spazio, viene utilizzato per valutare i tipi di meteoriti e asteroidi e le età. Rocce e metalli schermati da atmosfere (particolarmente spesse), o altri minerali, sperimentano meno agenti atmosferici e meno chimici di impianto e tracce di raggi cosmici. Gli asteroidi sono attualmente classificati dai loro spettri, indicando proprietà superficiali e mineralogie. Alcuni asteroidi sembrano avere meno agenti atmosferici dello spazio, da vari processi tra cui una data di formazione relativamente recente o un evento di” rinfrescamento”. Poiché i minerali della Terra sono ben schermati, gli agenti atmosferici spaziali vengono studiati tramite corpi extraterrestri e preferibilmente più esempi.

Gli oggetti della Fascia di Kuiper presentano superfici molto alterate o in alcuni casi molto fresche. Poiché le lunghe distanze portano a basse risoluzioni spaziali e spettrali, le chimiche superficiali della KBO sono attualmente valutate tramite lune analoghe e asteroidi più vicini alla Terra.