Universe Today ha esaminato l'importanza dello studio dei crateri da impatto, delle superfici planetarie, degli esopianeti, dell'astrobiologia, della fisica solare, delle comete e delle atmosfere planetarie e di come queste affascinanti discipline scientifiche possano aiutare gli scienziati e il pubblico a comprendere meglio come stiamo perseguendo la vita oltre la Terra.
Qui ci guarderemo dentro ed esamineremo il ruolo che la geofisica planetaria svolge nell’aiutare gli scienziati ad acquisire una maggiore comprensione del nostro sistema solare e oltre, compresi i benefici e le sfide, la ricerca della vita oltre la Terra e il modo in cui i futuri studenti possono proseguire lo studio della geofisica planetaria. Allora, cos'è la geofisica planetaria e perché è così importante studiarla?
"La geofisica planetaria è lo studio di come i pianeti e il loro contenuto si comportano e si evolvono nel tempo", dice a Universe Today il dottor Marshall Styczinski, ricercatore affiliato presso il Blue Marble Space Institute of Science. "È essenzialmente lo studio di ciò che si trova sotto, concentrandosi su ciò che non possiamo vedere e su come si collega a ciò che possiamo vedere e misurare. La maggior parte dei pianeti (inclusa la Terra!) sono nascosti alla vista:la geofisica è il modo in cui sappiamo tutto ciò che riguarda la Terra nelle profondità più profonde che abbiamo scavato!"
Come suggerisce il nome, la geofisica è lo studio della comprensione della fisica alla base dei processi geologici, sia sulla Terra che su altri corpi planetari, con un'enfasi sui processi geologici interni. Ciò è particolarmente utile per i corpi planetari differenziati, nel senso che hanno diversi strati interni risultanti da elementi più pesanti che affondano verso il centro mentre gli elementi più leggeri rimangono più vicini alla superficie.
Il pianeta Terra, ad esempio, è separato in crosta, mantello e nucleo, ciascuno dei quali ha i propri sottostrati, e la comprensione di questi processi interni aiuta gli scienziati a ricostruire come era la Terra miliardi di anni fa e persino a fare previsioni riguardo l'ambiente del pianeta in un lontano futuro.
Questi processi interni guidano i processi superficiali, inclusi il vulcanismo e la tettonica a placche, entrambi responsabili rispettivamente del mantenimento della temperatura della Terra e del riciclaggio dei materiali. Quindi, quali sono alcuni dei vantaggi e delle sfide dello studio della geofisica planetaria?
Il dottor Styczinski dice a Universe Today:"La geofisica ci fornisce gli strumenti per determinare cosa esiste sotto la superficie visibile dei corpi planetari (pianeti, lune, asteroidi, ecc.). È il nostro unico modo per conoscere ciò che non possiamo vedere! Trovare scoprire cosa c'è all'interno di un pianeta e in quali condizioni, ad esempio quanta pressione e calore per ogni strato, ci aiuta a costruire una storia per il pianeta e sapere come continuerà a cambiare nel tempo."
Al contrario, il dottor Styczinski sottolinea anche a Universe Today le sfide, sottolineando la difficoltà nel riprodurre le condizioni geologiche che si verificano nel corso di milioni di anni, anche con i laboratori più sofisticati del mondo, a causa dei loro movimenti lenti su vasti periodi di tempo. Inoltre, osserva che a volte sono necessari acceleratori di particelle per riprodurre le condizioni estreme all'interno dei giganti gassosi, che sono anch'essi differenziati, sebbene con strati di gas e liquidi, rispetto alla roccia.
Ma la Terra non è l’unico mondo roccioso del nostro sistema solare che mostra differenziazione, poiché tutti e quattro i pianeti rocciosi (Mercurio, Venere, Terra e Marte) mostrano una qualche forma di stratificazione interna che si è verificata nel corso di miliardi di anni, sebbene su scala più piccola a causa alle loro dimensioni. Oltre ai pianeti, anche molte lune rocciose in tutto il sistema solare mostrano differenziazioni, tra cui le lune galileiane di Giove, Io, Europa, Ganimede e Callisto, e molte lune di Saturno, tra cui Titano, Encelado e Mimas.
Di quelle lune, Europa, Titano ed Encelado sono attualmente obiettivi per gli astrobiologi, poiché è stato confermato che Europa ed Encelado possiedono oceani interni di acqua liquida, e anche Titano presenta una forte prova. Inoltre, Titano è l’unica luna con un’atmosfera densa e, come la Terra, probabilmente è guidata dalla geofisica interna. Ma cosa può insegnarci la geofisica planetaria sulla ricerca della vita oltre la Terra?
"Abbiamo imparato dallo studio di Marte che le superfici dei pianeti possono essere piuttosto ostili alla vita come la conosciamo", dice il dottor Styczinski a Universe Today. "Se e quando saremo in grado di trovare la vita altrove nel sistema solare che non abbiamo portato lì noi stessi, probabilmente sarà trovata sotto la superficie, dove potrà essere protetta dal duro ambiente della superficie. La geofisica ci dà la possibilità significa pianificare spedizioni nel sottosuolo e l'unico metodo per trovare acqua liquida nascosta alla vista sulle lune ghiacciate. Questi sono i posti migliori che conosciamo per cercare la vita oltre la Terra."
Il motivo per cui la superficie di Marte è inospitale per la vita come la conosciamo è dovuto alla mancanza di un'atmosfera densa, che è responsabile di impedire alle particelle cariche del sole nel vento solare di raggiungere la superficie planetaria. Mentre Marte una volta aveva un potente campo magnetico, il dottor Styczinski fa notare a Universe Today che "alcuni ricercatori pensano che i campi magnetici possano effettivamente spazzare via l'atmosfera", notando subito che questo "è un argomento di acceso dibattito". Marte un tempo aveva un'atmosfera più densa, che andò perduta insieme al suo campo magnetico nel corso di miliardi di anni quando l'interno del Pianeta Rosso si raffreddò.
Oltre al nostro sistema solare, il dottor Styczinski dice a Universe Today che anche la geofisica planetaria svolge un ottimo lavoro nell’aiutare gli scienziati a comprendere meglio gli esopianeti, in particolare i sistemi multi-planetari come il nostro. Sebbene non sia stata ancora fotografata la superficie di un esopianeta, una migliore comprensione dei processi geofisici dei corpi planetari all'interno del nostro sistema solare aiuta gli scienziati a ottenere informazioni su come questi stessi processi potrebbero verificarsi sui pianeti in tutto il cosmo, compreso anche il campo magnetico.
Il campo magnetico di un pianeta è guidato dai processi interni che si verificano nel suo nucleo esterno, che per la Terra è costituito da un fluido metallico liquido, mentre il nucleo interno è una palla solida di metallo compresso. Mentre il fluido di questo nucleo esterno si agita e circola, crea correnti elettriche che producono l'enorme campo magnetico che avvolge il nostro piccolo mondo blu in una bolla di protezione dalle dannose condizioni atmosferiche spaziali.
Il campo magnetico terrestre intrappola le particelle cariche nelle cinture di radiazione nello spazio vicino. Il modo in cui il campo magnetico protegge il nostro pianeta può essere visto durante le tempeste magnetiche provenienti dal sole, quando la magnetosfera si piega e si flette in risposta, inviando particelle da queste cinture di radiazione vicino alla superficie nelle regioni ad alta latitudine settentrionale e meridionale. Lì interagiscono con l'atmosfera terrestre per produrre le aurore mozzafiato spesso osservate in Alaska, nei paesi nordici e in Antartide.
Tuttavia, sebbene il campo magnetico della Terra sia impressionante, è giusto che il pianeta più grande del sistema solare, Giove, abbia ugualmente il campo magnetico più grande, la cui "coda" si estende fino all'orbita di Saturno, ovvero circa 400 milioni di miglia. Inoltre, i processi interni responsabili della generazione di campi magnetici su pianeti gassosi come Giove, Saturno, Urano e Nettuno potrebbero essere nettamente diversi rispetto alla Terra. Pertanto, date tutte queste variabili e processi, qual è l'aspetto più interessante della geofisica planetaria che il dottor Styczinski ha studiato durante la sua carriera?
"La parte della geofisica planetaria che trovo più emozionante è l'uso del campo magnetico invisibile per rilevare gli oceani sotterranei", dice il dottor Styczinski a Universe Today. "Continuo a rimanere stupito da come funziona tutto quando ci penso davvero. Le acque salate dell'oceano riflettono parzialmente i campi a cui sono esposte dal loro pianeta madre, come Giove e la sua luna Europa. Usiamo queste misurazioni insieme a quelle di laboratorio studi qui sulla Terra e di geofisica per comprendere gli strati materiali all'interno di Europa per elaborare le proprietà dell'oceano. Mi stupisce ancora che questo processo funzioni così bene."
Come la maggior parte dei campi scientifici, la geofisica planetaria comprende una miriade di discipline e background scientifici con l'obiettivo di rispondere alle domande più difficili dell'universo attraverso una collaborazione e un'innovazione costanti. La geofisica è una combinazione di geologia e fisica ma incorpora anche matematica, chimica, scienze dell'atmosfera, sismologia, mineralogia e molte altre con l'obiettivo di comprendere meglio i processi interni della Terra e di altri corpi planetari in tutto il sistema solare e oltre. Pertanto, quale consiglio può offrire il dottor Styczinski ai futuri studenti che desiderano proseguire lo studio della geofisica planetaria?
"Ci sono molti percorsi nella geofisica e molte cose diverse da studiare e modi per studiarle", dice il dottor Styczinski a Universe Today. "I tuoi studi precedenti non devono essere specifici alla geofisica o coinvolgere affatto la geologia. Forse la mossa più produttiva che puoi fare è chiedere aiuto, soprattutto a qualcuno che studia un argomento che ti interessa. Le capacità di programmazione informatica hanno un valore inestimabile. Consiglio di imparare Python:è gratuito e ampiamente utilizzato in tutta la scienza. Sono disponibili molti tutorial, anche gratuiti. Sebbene non tutta la geofisica richieda molta programmazione, penso che tutti i geofisici trarranno vantaggio dall'avere queste competenze."
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