Universe Today ha examinado la importancia de estudiar cráteres de impacto, superficies planetarias, exoplanetas, astrobiología, física solar, cometas y atmósferas planetarias, y cómo estas intrigantes disciplinas científicas pueden ayudar a los científicos y al público a comprender mejor cómo buscamos vida más allá de la Tierra.
por Laurence Tognetti, Universe Today
Aquí, miraremos hacia adentro y examinaremos el papel que desempeña la geofísica planetaria para ayudar a los científicos a obtener una mayor comprensión de nuestro sistema solar y más allá, incluidos los beneficios y desafíos, la búsqueda de vida más allá de la Tierra y cómo los futuros estudiantes pueden continuar estudiando geofísica planetaria. Entonces, ¿qué es la geofísica planetaria y por qué es tan importante estudiarla?
«La geofísica planetaria es el estudio de cómo los planetas y sus contenidos se comportan y evolucionan con el tiempo», le dice a Universe Today el Dr. Marshall Styczinski, científico investigador afiliado en el Instituto de Ciencias Espaciales Blue Marble. «Es esencialmente el estudio de Lo que hay debajo, centrándose en lo que no podemos ver y cómo se relaciona con lo que podemos ver y medir. La mayoría de los planetas (¡incluida la Tierra!) están ocultos a la vista; la geofísica es la forma en que sabemos ¡Todo sobre la Tierra debajo de lo más profundo que hemos excavado!»
Como su nombre lo indica, la geofísica es el estudio de la comprensión de la física detrás de los procesos geológicos , tanto en la Tierra como en otros cuerpos planetarios, con énfasis en los procesos geológicos interiores. Esto es específicamente útil para cuerpos planetarios que están diferenciados, lo que significa que tienen varias capas interiores resultantes de que los elementos más pesados se hunden hacia el centro, mientras que los elementos más ligeros permanecen más cerca de la superficie.
El planeta Tierra, por ejemplo, está dividido en corteza, manto y núcleo, y cada uno tiene sus propias subcapas, y comprender estos procesos internos ayuda a los científicos a reconstruir cómo era la Tierra hace miles de millones de años e incluso a hacer predicciones sobre el medio ambiente del planeta en un futuro lejano.
Estos procesos interiores impulsan los procesos de la superficie, incluido el vulcanismo y la tectónica de placas, los cuales son responsables de mantener la temperatura de la Tierra y reciclar materiales, respectivamente. Entonces, ¿cuáles son algunos de los beneficios y desafíos de estudiar la geofísica planetaria?
El Dr. Styczinski le dice a Universe Today: «La geofísica nos brinda las herramientas para determinar lo que existe debajo de la superficie visible de los cuerpos planetarios (planetas, lunas, asteroides, etc.). ¡Es nuestra única forma de aprender sobre lo que no podemos ver! Encontrar «Descubrir qué hay dentro de un planeta y bajo qué condiciones, como cuánta presión y calor hay en cada capa, nos ayuda a construir una historia para el planeta y saber cómo seguirá cambiando con el tiempo».
Por el contrario, el Dr. Styczinski también enfatiza a Universe Today los desafíos, señalando la dificultad de reproducir las condiciones geológicas que ocurren durante millones de años, incluso con los laboratorios más sofisticados del mundo, debido a sus lentos movimientos durante vastas cantidades de tiempo. Además, señala que a veces se necesitan aceleradores de partículas para reproducir las condiciones extremas dentro de los gigantes gaseosos, que también están diferenciados, aunque con capas de gas y líquido, a diferencia de las rocas.
Pero la Tierra no es el único mundo rocoso de nuestro sistema solar que muestra diferenciación, ya que los cuatro planetas rocosos (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) exhiben alguna forma de estratificación interior que se ha producido a lo largo de miles de millones de años, aunque a escalas más pequeñas debido a sus tamaños. Además de los planetas, muchas lunas rocosas de todo el sistema solar también exhiben diferenciación, incluidas las lunas galileanas de Júpiter, Ío, Europa, Ganímedes y Calisto, y varias de las lunas de Saturno, incluidas Titán, Encelado y Mimas.
De esas lunas, Europa, Titán y Encelado son actualmente objetivos de los astrobiólogos, ya que se ha confirmado que Europa y Encelado poseen océanos interiores de agua líquida, y Titán también presenta pruebas sólidas. Además, Titán es la única luna con una atmósfera densa y, al igual que la Tierra, probablemente tenga una geofísica interior que la impulse. Pero, ¿qué puede enseñarnos la geofísica planetaria sobre cómo encontrar vida más allá de la Tierra?
«Al estudiar Marte hemos aprendido que las superficies de los planetas pueden ser bastante hostiles a la vida tal como la conocemos», dice el Dr. Styczinski a Universe Today. «Si somos capaces de encontrar vida en otro lugar del sistema solar que no hayamos traído allí nosotros mismos, probablemente se encontrará debajo de la superficie, donde podrá protegerse del duro entorno de la superficie. La geofísica nos da la significa planificar expediciones al subsuelo y el único método para encontrar agua líquida oculta a la vista en lunas heladas. Estos son los mejores lugares que conocemos para buscar vida más allá de la Tierra».
La razón por la que la superficie de Marte es inhóspita para la vida tal como la conocemos se debe a su falta de una atmósfera espesa, que es la encargada de impedir que las partículas cargadas del sol en el viento solar lleguen a la superficie planetaria. Si bien Marte alguna vez tuvo un poderoso campo magnético , el Dr. Styczinski señala a Universe Today que «algunos investigadores piensan que los campos magnéticos en realidad pueden eliminar la atmósfera», aunque rápidamente señala que esto «es un tema de intenso debate». Marte alguna vez tuvo una atmósfera más espesa, que se perdió junto con su campo magnético durante miles de millones de años a medida que el interior del Planeta Rojo se enfriaba.
Además de nuestro sistema solar, el Dr. Styczinski le dice a Universe Today que la geofísica planetaria también hace un excelente trabajo al ayudar a los científicos a comprender mejor los exoplanetas, específicamente los sistemas multiplanetarios como el nuestro. Si bien aún no se han obtenido imágenes de la superficie de un exoplaneta, comprender mejor los procesos geofísicos de los cuerpos planetarios dentro de nuestro sistema solar ayuda a los científicos a obtener información sobre cómo estos mismos procesos podrían ocurrir en los planetas de todo el cosmos, incluido también el campo magnético.
El campo magnético de un planeta es impulsado por los procesos internos que ocurren en su núcleo externo, que para la Tierra está compuesto de un fluido metálico líquido agitado, mientras que el núcleo interno es una bola sólida de metal comprimido. A medida que el fluido de este núcleo externo se agita y circula, crea corrientes eléctricas que producen el campo magnético masivo que envuelve nuestro pequeño mundo azul en una burbuja de protección contra el clima espacial dañino.
El campo magnético de la Tierra atrapa partículas cargadas en cinturones de radiación en el espacio cercano. La forma en que el campo magnético protege nuestro planeta se puede ver durante las tormentas magnéticas del sol, cuando la magnetosfera se dobla y flexiona en respuesta, enviando partículas de estos cinturones de radiación cerca de la superficie en las regiones altas de latitud norte y sur. Allí interactúan con la atmósfera de la Tierra para producir las impresionantes auroras que se observan a menudo en Alaska, los países nórdicos y la Antártida.
Sin embargo, si bien el campo magnético de la Tierra es impresionante, es lógico que el planeta más grande del sistema solar, Júpiter, también tenga el campo magnético más grande, cuya «cola» se extiende hasta la órbita de Saturno, o aproximadamente 400 millones de millas. Además, los procesos internos responsables de generar campos magnéticos en planetas gaseosos como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno podrían ser marcadamente diferentes a los de la Tierra. Por lo tanto, dadas todas estas variables y procesos, ¿cuál es el aspecto más interesante de la geofísica planetaria que el Dr. Styczinski ha estudiado durante su carrera?
«La parte de la geofísica planetaria que encuentro más apasionante es utilizar el campo magnético invisible para detectar océanos subterráneos», dice el Dr. Styczinski a Universe Today. «Sigo sorprendiéndome por cómo funciona todo cuando realmente pienso en ello. Las aguas saladas del océano reflejan parcialmente los campos a los que están expuestas desde su planeta padre, como en Júpiter y su luna Europa. Usamos estas mediciones junto con mediciones de laboratorio. Estudios aquí en la Tierra y geofísica para comprender las capas de material dentro de Europa para determinar las propiedades del océano. Todavía me sorprende que este proceso funcione tan bien».
Como la mayoría de los campos científicos, la geofísica planetaria abarca una gran variedad de disciplinas y antecedentes científicos con el objetivo de responder las preguntas más difíciles del universo a través de la colaboración e innovación constantes. La geofísica es una combinación de geología y física, pero también incorpora matemáticas, química, ciencias atmosféricas , sismología, mineralogía y muchas otras con el objetivo de comprender mejor los procesos internos de la Tierra y otros cuerpos planetarios en todo el sistema solar y más allá. Por lo tanto, ¿qué consejo puede ofrecer el Dr. Styczinski a los futuros estudiantes que deseen seguir estudiando geofísica planetaria?
«Hay muchos caminos hacia la geofísica y muchas cosas diferentes que estudiar y formas de estudiarlas», dice el Dr. Styczinski a Universe Today. «Tus estudios anteriores no tienen que ser específicos de geofísica o incluso involucrar geología en absoluto. Quizás el movimiento más productivo que puedes hacer es pedir ayuda, especialmente de alguien que estudie un tema que te interese. Las habilidades de programación informática son invaluables. Recomiendo aprender Python: es gratuito y se utiliza ampliamente en toda la ciencia. Hay muchos tutoriales disponibles, también gratuitos. Si bien no toda la geofísica requerirá mucha programación, creo que todos los geofísicos se beneficiarán al tener esas habilidades».
