Vergleichende Planetenwissenschaft

Alle terrestrischen Planeten (und einige Satelliten wie der Mond) bestehen im Wesentlichen aus Silikaten, die um Eisenkerne gewickelt sind. Die großen Monde des äußeren Sonnensystems und Pluto haben mehr Eis und weniger Gestein und Metall, durchlaufen aber immer noch analoge Prozesse.

VolcanismEdit

Vulkanismus auf der Erde ist weitgehend Lava-basiert. Andere terrestrische Planeten zeigen vulkanische Merkmale, von denen angenommen wird, dass sie auf Lava basieren, bewertet im Kontext von Analoga, die auf der Erde leicht untersucht werden können. Zum Beispiel zeigt Jupiters Mond Io vorhandenen Vulkanismus, einschließlich Lavaströme. Diese Ströme wurden ursprünglich abgeleitet, um hauptsächlich aus verschiedenen Formen von geschmolzenem elementarem Schwefel zusammengesetzt zu sein, basierend auf der Analyse der Bildgebung durch die Voyager-Sonden. Erdbasierte Infrarotstudien aus den 1980er und 1990er Jahren führten jedoch dazu, dass sich der Konsens zugunsten eines primär silikatbasierten Modells verlagerte, wobei Schwefel eine untergeordnete Rolle spielte.

Ein Großteil der Marsoberfläche besteht aus verschiedenen Basalten, die aufgrund ihrer Spektren und chemischen In-situ-Analysen (einschließlich Marsmeteoriten) als analog zu hawaiianischen Basalten angesehen werden. Merkur und Erdmond weisen in ähnlicher Weise große Bereiche von Basalten auf, die durch alte vulkanische Prozesse gebildet wurden. Oberflächen in den Polarregionen zeigen polygonale Morphologien, die auch auf der Erde zu sehen sind.

Neben Basaltströmen beherbergt die Venus eine große Anzahl von Pancake-Dome-Vulkanen, die durch hochviskose, kieselsäurereiche Lavaströme erzeugt werden. Diesen Kuppeln fehlt ein bekanntes Erdanalogon. Sie haben eine gewisse morphologische Ähnlichkeit mit terrestrischen Rhyolith-Dazit-Lavakuppeln, obwohl die Pfannkuchenkuppeln in der Natur viel flacher und gleichmäßig rund sind.

Bestimmte Regionen weiter draußen im Sonnensystem zeigen Kryovulkanismus, einen Prozess, der nirgendwo auf der Erde zu sehen ist. Kryovulkanismus wird durch Laborexperimente, konzeptionelle und numerische Modellierung und durch Quervergleich mit anderen Beispielen auf diesem Gebiet untersucht. Beispiele für Körper mit kryovulkanischen Merkmalen sind Kometen, einige Asteroiden und Zentauren, Mars, Europa, Enceladus, Triton und möglicherweise Titan, Ceres, Pluto und Eris.

Es wird derzeit postuliert, dass die Spurendotanden von Europas Eis Schwefel enthalten. Dies wird über eine kanadische Sulfatquelle als Analogon ausgewertet, um zukünftige Europa-Sonden vorzubereiten.Kleine Körper wie Kometen, einige Asteroidentypen und Staubkörner dienen dagegen als Gegenbeispiele. Es wird angenommen, dass diese Materialien wenig oder keine Erwärmung erfahren haben, und diese Materialien können Proben enthalten (oder sein), die das frühe Sonnensystem darstellen und seitdem von der Erde oder einem anderen großen Körper gelöscht wurden.

Einige extrasolare Planeten sind vollständig von Lava-Ozeanen bedeckt, und einige sind gezeitenverschlossene Planeten, deren sternzugewandte Hemisphäre vollständig aus Lava besteht.

Kraterbearbeiten

Die auf dem Mond beobachteten Krater wurden einst als vulkanisch angenommen. Die Erde zeigte im Vergleich dazu weder eine ähnliche Kraterzahl noch eine hohe Häufigkeit großer Meteorereignisse, was zu erwarten wäre, da zwei nahe gelegene Körper ähnliche Aufprallraten erfahren sollten. Schließlich wurde dieses Vulkanismus-Modell umgeworfen, wie zahlreiche Erdkrater (z., Splitterkegel, Schockquarz und andere Impaktiten, und möglicherweise Abplatzungen) wurden gefunden, nachdem sie im Laufe der geologischen Zeit erodiert worden waren. Krater, die von immer größeren Kampfmitteln gebildet wurden, dienten ebenfalls als Modelle. Der Mond hingegen zeigt keine Atmosphäre oder Hydrosphäre und könnte daher trotz einer zu einem bestimmten Zeitpunkt geringen Einschlagrate über Milliarden von Jahren Einschlagskrater ansammeln und erhalten. Darüber hinaus zeigten mehr Suchanfragen von mehr Gruppen mit besserer Ausrüstung die große Anzahl von Asteroiden, von denen angenommen wurde, dass sie in früheren Perioden des Sonnensystems noch zahlreicher waren.

Wie auf der Erde weist eine niedrige Kraterzahl auf anderen Körpern auf junge Oberflächen hin. Dies ist besonders glaubwürdig, wenn nahe gelegene Regionen oder Körper stärkere Kraterbildung aufweisen. Junge Oberflächen wiederum weisen auf atmosphärische, tektonische oder vulkanische oder hydrologische Prozesse bei großen Körpern und Kometen oder auf Staubumverteilung oder eine relativ junge Formation bei Asteroiden hin (d. H. Aufspaltung von einem Mutterkörper).

Die Untersuchung der Kraterbildung an mehreren Körpern in mehreren Bereichen des Sonnensystems weist auf ein spätes schweres Bombardement hin, das wiederum Beweise für die frühe Geschichte des Sonnensystems liefert. Das späte schwere Bombardement, wie es derzeit vorgeschlagen wird, weist jedoch einige Probleme auf und wird nicht vollständig akzeptiert.

Ein Modell für Merkurs außergewöhnlich hohe Dichte im Vergleich zu anderen terrestrischen Planeten ist das Abstreifen einer signifikanten Menge an Kruste und / oder Mantel durch extrem schweren Beschuss.

Differenzierungbearbeiten

Als großer Körper kann die Erde ihre innere Wärme (von ihrer anfänglichen Bildung plus Zerfall ihrer Radioisotope) über den langen Zeitraum des Sonnensystems effizient speichern. Es behält somit einen geschmolzenen Kern und hat sich differenziert – dichte Materialien sind in den Kern gesunken, während leichte Materialien schwimmen, um eine Kruste zu bilden.

Andere Körper können sich im Vergleich dazu aufgrund ihrer Entstehungsgeschichte, ihres Radioisotopengehalts, ihres weiteren Energieeintrags durch Bombardement, ihrer Entfernung von der Sonne, ihrer Größe usw. unterschieden haben oder auch nicht. Die Untersuchung von Körpern unterschiedlicher Größe und Entfernung von der Sonne liefert Beispiele und schränkt den Differenzierungsprozess ein. Die Differenzierung selbst wird indirekt durch die Mineralogie der Oberfläche eines Körpers im Vergleich zu seiner erwarteten Schüttdichte und Mineralogie oder durch Formeffekte aufgrund geringfügiger Schwankungen der Schwerkraft bewertet. Die Differenzierung kann auch direkt gemessen werden, durch die Terme höherer Ordnung des Gravitationsfeldes eines Körpers, gemessen durch einen Vorbeiflug oder eine Gravitationsunterstützung, und in einigen Fällen durch Librationen.

Randfälle umfassen Vesta und einige der größeren Monde, die Differenzierung zeigen, aber angenommen werden, dass sie sich seitdem vollständig verfestigt haben. Die Frage, ob sich der Erdmond verfestigt hat oder einige geschmolzene Schichten zurückhält, wurde nicht endgültig beantwortet. Darüber hinaus wird erwartet, dass Differenzierungsprozesse entlang eines Kontinuums variieren. Körper können aus leichteren und schwereren Gesteinen und Metallen, einem hohen Wassereis- und Flüchtigkeitsgehalt (mit geringerer mechanischer Festigkeit) in kühleren Regionen des Sonnensystems oder hauptsächlich aus Eis mit einem niedrigen Gesteins- / Metallgehalt noch weiter von der Sonne entfernt bestehen. Es wird angenommen, dass dieses Kontinuum die unterschiedlichen chemischen Eigenschaften des frühen Sonnensystems aufzeichnet, mit feuerfesten Materialien, die in warmen Regionen überleben, und flüchtigen Stoffen, die von der jungen Sonne nach außen getrieben werden.

Die Kerne von Planeten sind unzugänglich und werden indirekt durch Seismometrie, Gravimetrie und in einigen Fällen Magnetometrie untersucht. Eisen- und Steineisenmeteoriten sind jedoch wahrscheinlich Fragmente aus den Kernen von Mutterkörpern, die sich teilweise oder vollständig differenziert und dann zerbrochen haben. Diese Meteoriten sind somit das einzige Mittel, um Tiefenmaterialien und ihre Prozesse direkt zu untersuchen.

Gasriesenplaneten stellen eine andere Form der Differenzierung dar, mit mehreren Flüssigkeitsschichten nach Dichte. Einige unterscheiden weiter zwischen echten Gasriesen und Eisriesen, die weiter von der Sonne entfernt sind.

Tektonikbearbeiten

Ein geschmolzener Kern kann wiederum Plattentektonik ermöglichen, von denen die Erde Hauptmerkmale aufweist. Mars, als ein kleinerer Körper als die Erde, zeigt keine aktuelle tektonische Aktivität, noch Bergkämme aus geologisch jüngsten Aktivitäten. Es wird angenommen, dass dies auf ein Inneres zurückzuführen ist, das schneller abgekühlt ist als die Erde (siehe Geomagnetismus unten). Ein Randfall kann Venus sein, die keine vorhandene Tektonik zu haben scheint. In seiner Geschichte hatte es jedoch wahrscheinlich tektonische Aktivität, verlor sie aber. Es ist möglich, dass die tektonische Aktivität auf der Venus nach einer langen Ära der Akkumulation immer noch ausreicht, um neu zu starten.

Io zeigt trotz hohem Vulkanismus keine tektonische Aktivität, möglicherweise aufgrund von Magmen auf Schwefelbasis mit höheren Temperaturen oder einfach höheren Volumenströmen. In der Zwischenzeit können Vestas Fossae trotz der geringen Größe und der kühlen Temperaturen dieses Körpers als eine Form der Tektonik angesehen werden.

Europa ist eine Schlüsseldemonstration der Tektonik des äußeren Planeten. Seine Oberfläche zeigt Bewegungen von Eisblöcken oder Flößen, Rutschfehler und möglicherweise Diapire. Die Frage der vorhandenen Tektonik ist weit weniger sicher, möglicherweise durch lokalen Kryomagmatismus ersetzt worden. Ganymed und Triton können tektonisch oder kryovulkanisch aufgetauchte Gebiete enthalten, und Mirandas unregelmäßiges Gelände kann tektonisch sein.

Erdbeben sind auf der Erde gut untersucht, da mehrere Seismometer oder große Arrays verwendet werden können, um Erdbebenwellenformen in mehreren Dimensionen abzuleiten. Der Mond ist der einzige andere Körper, der erfolgreich ein Seismometer-Array erhalten hat; “Marsbeben” und das Marsinnere basieren auf einfachen Modellen und von der Erde abgeleiteten Annahmen. Venus hat vernachlässigbare Seismometrie erhalten.

Gasriesen können wiederum unterschiedliche Formen der Wärmeübertragung und Vermischung zeigen. Darüber hinaus zeigen Gasriesen je nach Größe und Entfernung zur Sonne unterschiedliche Wärmeeffekte. Uranus zeigt ein negatives Netto-Wärmebudget für den Weltraum, aber die anderen (einschließlich Neptun, weiter draußen) sind netto positiv.

GeomagnetismEdit

Zwei terrestrische Planeten (Erde und Merkur) zeigen Magnetosphären und haben daher geschmolzene Metallschichten. In ähnlicher Weise haben alle vier Gasriesen Magnetosphären, die Schichten leitfähiger Flüssigkeiten anzeigen. Ganymed zeigt auch eine schwache Magnetosphäre, als Beweis für eine unterirdische Salzwasserschicht genommen, während das Volumen um Rhea symmetrische Effekte zeigt, die Ringe oder ein magnetisches Phänomen sein können. Von diesen ist die Magnetosphäre der Erde bei weitem am zugänglichsten, auch von der Oberfläche aus. Es ist daher das am meisten untersuchte, und außerirdische Magnetosphären werden im Lichte früherer Erdstudien untersucht.

Dennoch bestehen Unterschiede zwischen den Magnetosphären, die auf Bereiche hinweisen, die weiterer Forschung bedürfen. Jupiters Magnetosphäre ist stärker als die der anderen Gasriesen, während die der Erde stärker ist als die von Merkur. Merkur und Uranus haben Magnetosphären versetzt, für die es noch keine zufriedenstellende Erklärung gibt. Uranus ‘gekippte Achse bewirkt, dass sein Magnetotail hinter dem Planeten korkenzieht, ohne dass ein Analogon bekannt ist. Zukünftige Uranstudien könnten neue magnetosphärische Phänomene zeigen.

Mars zeigt Reste eines früheren, planetaren Magnetfeldes mit Streifen wie auf der Erde. Dies wird als Beweis dafür angesehen, dass der Planet in seiner Vorgeschichte einen geschmolzenen Metallkern hatte, der sowohl eine Magnetosphäre als auch tektonische Aktivität (wie auf der Erde) ermöglichte. Beide haben sich seitdem aufgelöst. Der Erdmond zeigt lokalisierte Magnetfelder, was auf einen anderen Prozess als einen großen, geschmolzenen Metallkern hinweist. Dies kann die Quelle von Mondwirbeln sein, die auf der Erde nicht zu sehen sind.

Geochemiebearbeiten

Abgesehen von ihrer Entfernung zur Sonne zeigen verschiedene Körper chemische Variationen, die auf ihre Entstehung und Geschichte hinweisen. Neptun ist dichter als Uranus, Ein Beweis dafür, dass die beiden im frühen Sonnensystem die Plätze gewechselt haben könnten. Kometen zeigen sowohl einen hohen flüchtigen Gehalt als auch Körner, die feuerfeste Materialien enthalten. Dies deutet auch auf eine gewisse Vermischung von Materialien durch das Sonnensystem hin, als sich diese Kometen bildeten. Quecksilbers Materialinventar nach Flüchtigkeit wird verwendet, um verschiedene Modelle für seine Bildung und / oder nachfolgende Modifikation zu bewerten.

Isotopenhäufigkeiten weisen auf Prozesse in der Geschichte des Sonnensystems hin. Bis zu einem gewissen Grad bildeten sich alle Körper aus dem präsolaren Nebel. Verschiedene nachfolgende Prozesse verändern dann Element- und Isotopenverhältnisse. Insbesondere die Gasriesen haben genug Schwerkraft, um primäre Atmosphären, die größtenteils aus dem präsolaren Nebel stammen, im Gegensatz zu den späteren Ausgasungen und Reaktionen sekundärer Atmosphären zurückzuhalten. Unterschiede in Gasriesenatmosphären im Vergleich zu Sonnenhäufigkeiten weisen dann auf einen Prozess in der Geschichte dieses Planeten hin. Unterdessen weisen Gase auf kleinen Planeten wie Venus und Mars Isotopenunterschiede auf, die auf atmosphärische Entweichungsprozesse hinweisen.{argon isotope ratio planet meteorite}{neon isotope ratio meteorite}

Die verschiedenen Modifikationen von Oberflächenmineralien oder Weltraumverwitterung werden verwendet, um Meteoriten- und Asteroidentypen und -alter zu bewerten. Gesteine und Metalle, die durch Atmosphären (besonders dicke) oder andere Mineralien abgeschirmt sind, erfahren weniger Verwitterung und weniger chemische Reaktionen und Spuren kosmischer Strahlung. Asteroiden werden derzeit nach ihren Spektren klassifiziert, was auf Oberflächeneigenschaften und Mineralogien hinweist. Einige Asteroiden scheinen weniger Verwitterung im Weltraum zu haben, durch verschiedene Prozesse, einschließlich eines relativ neuen Entstehungsdatums oder eines “Auffrischungs” -Ereignisses. Da die Mineralien der Erde gut abgeschirmt sind, wird die Verwitterung des Weltraums anhand außerirdischer Körper und vorzugsweise mehrerer Beispiele untersucht.

Objekte des Kuipergürtels weisen sehr verwitterte oder teilweise sehr frische Oberflächen auf. Da die großen Entfernungen zu niedrigen räumlichen und spektralen Auflösungen führen, werden KBO-Oberflächenchemien derzeit über analoge Monde und Asteroiden näher an der Erde ausgewertet.