Qualche volta, devi uscire di casa per capirlo. Per il geologo planetario di Stanford Mathieu Lapôtre, "casa" comprende l'intera Terra.

"Non guardiamo solo gli altri pianeti per sapere cosa c'è là fuori. È anche un modo per noi di imparare cose sul pianeta che è sotto i nostri piedi, " disse Lapotre, un assistente professore di scienze geologiche presso la Scuola della Terra, Energia, e Scienze ambientali (Stanford Earth).

Gli scienziati a partire da Galileo hanno cercato di comprendere altri corpi planetari attraverso una lente terrena. Più recentemente, i ricercatori hanno riconosciuto l'esplorazione planetaria come una strada a doppio senso. Gli studi sullo spazio hanno aiutato a spiegare gli aspetti del clima e la fisica dell'inverno nucleare, Per esempio. Eppure le rivelazioni non hanno permeato allo stesso modo tutti i campi della geoscienza. Gli sforzi per spiegare i processi più vicini al suolo, sulla superficie della Terra e nel profondo del suo ventre, stanno appena iniziando a beneficiare delle conoscenze raccolte nello spazio.

Ora, man mano che i telescopi acquisiscono più potenza, gli studi sugli esopianeti diventano più sofisticati e le missioni planetarie producono nuovi dati, c'è il potenziale per impatti molto più ampi nelle scienze della Terra, come Lapôtre e coautori dell'Arizona State University, Università di Harvard, Università del riso, Stanford e la Yale University discutono sulla rivista Recensioni sulla natura Terra e ambiente .

"La moltitudine e la varietà dei corpi planetari dentro e fuori il nostro sistema solare, " scrivono in un articolo pubblicato il 2 marzo, "potrebbe essere la chiave per risolvere i misteri fondamentali sulla Terra".

Negli anni a venire, gli studi su questi corpi potrebbero alterare il modo in cui pensiamo al nostro posto nell'universo.

Forme aliene

Le osservazioni da Marte hanno già cambiato il modo in cui gli scienziati pensano alla fisica dei processi sedimentari sulla Terra. Un esempio è iniziato quando il Curiosity Rover della NASA ha attraversato un campo di dune sul pianeta rosso nel 2015.

"Abbiamo visto che c'erano grandi dune di sabbia e piccole, increspature su scala decimetrica come quelle che vediamo sulla Terra, " disse Lapotre, che ha lavorato alla missione come Ph.D. studente al Caltech di Pasadena, California. "Ma c'era anche un terzo tipo di letto, o increspatura, che non esiste sulla Terra. Non siamo riusciti a spiegare come o perché questa forma esistesse su Marte".

Gli strani schemi hanno spinto gli scienziati a rivedere i loro modelli e inventarne di nuovi, che alla fine ha portato alla scoperta di una relazione tra la dimensione di un'increspatura e la densità dell'acqua o altro fluido che l'ha creata. "Utilizzando questi modelli sviluppati per l'ambiente di Marte, ora possiamo guardare una vecchia roccia sulla Terra, misurare le increspature in esso e quindi trarre conclusioni su quanto fosse fredda o salata l'acqua al momento della formazione della roccia, "Lapotre ha detto, "perché sia ​​la temperatura che il sale influiscono sulla densità del fluido".

Questo approccio è applicabile in tutte le geoscienze. "A volte quando esplori un altro pianeta, fai un'osservazione che sfida la tua comprensione dei processi geologici, e questo ti porta a rivedere i tuoi modelli, " ha spiegato Lapôtre.

Pianeti come esperimenti

Altri corpi planetari possono anche aiutare a mostrare quanto siano frequenti i corpi simili alla Terra nell'universo e cosa, Esattamente, rende la Terra così diversa dal pianeta medio.

"Studiando la varietà di risultati che vediamo su altri corpi planetari e comprendendo le variabili che modellano ogni pianeta, possiamo saperne di più su come potrebbero essere accadute le cose sulla Terra in passato, " ha spiegato la coautrice Sonia Tikoo-Schantz, un professore di geofisica alla Stanford Earth la cui ricerca è incentrata sul paleomagnetismo.

Tener conto di, lei ha suggerito, come gli studi su Venere e sulla Terra hanno aiutato gli scienziati a comprendere meglio la tettonica a zolle. "Venere e la Terra hanno all'incirca le stesse dimensioni, e probabilmente si sono formati in condizioni abbastanza simili, " Ha detto Tikoo-Schantz. Ma mentre la Terra ha placche tettoniche in movimento e acqua abbondante, Venere ha un coperchio per lo più solido, assenza di acqua in superficie e atmosfera molto secca.

"Di volta in volta, Venere ha una sorta di interruzione catastrofica e un riemergere di gran parte del mondo, "Tikoo-Schantz ha detto, "ma non vediamo questo ambiente tettonico continuo in stato stazionario che abbiamo sulla Terra".

Gli scienziati sono sempre più convinti che l'acqua possa spiegare gran parte della differenza. "Sappiamo che la subduzione delle placche tettoniche porta l'acqua nella Terra, " Tikoo-Schantz ha detto. "Quell'acqua aiuta a lubrificare il mantello superiore, e aiuta la convezione a verificarsi, che aiuta a guidare la tettonica a zolle."

Questo approccio, utilizzando i corpi planetari come grandi esperimenti, può essere applicato per rispondere a più domande su come funziona la Terra. "Immagina di voler vedere come la gravità potrebbe influenzare determinati processi, " Ha detto Lapôtre. "Andare su altri pianeti può permetterti di eseguire un esperimento in cui puoi osservare cosa succede con una gravità più bassa o più alta, qualcosa che è impossibile da fare sulla Terra".

Paradosso centrale

Gli studi che misurano il magnetismo nelle rocce antiche suggeriscono che il campo magnetico terrestre è attivo da almeno 3,5 miliardi di anni. But the cooling and crystallization of the inner core that scientists believe sustains Earth's magnetic field today started less than 1.5 billion years ago. This 2-billion-year gap, known as the new core paradox, has left researchers puzzling over how Earth's dynamo could have started so early, and persisted for so long.

Answers may lie in other worlds.

"In our circle of close neighbors—the Moon, Marte, Venus—we're the only planet with a magnetic field that's been going strong since the beginning and remains active today, " Lapôtre said. But Jupiter-sized exoplanets orbiting close to their star have been identified with magnetic fields, and it may soon be technically feasible to detect similar fields on smaller, roccioso, Earth-like worlds. Such discoveries would help clarify whether Earth's long-lived dynamo is a statistical anomaly in the universe whose startup required some special circumstance.

In definitiva, the mystery around the origin and engine behind Earth's dynamo is a mystery about what creates and sustains the conditions for life. Earth's magnetic field is essential to its habitability, protecting it against dangerous solar winds that can strip a planet of water and atmosphere. "That's part of why Mars is such a dry desert compared to Earth, " Tikoo-Schantz said. "Mars started to dehydrate when its magnetic field died."

Earth everchanging

Much of the impetus to look far beyond Earth when trying to decode its inner workings has to do with our planet's restless nature. At many points in its 4.5 billion-year existence, Earth looked nothing like the blue-green marble it is today.

"We're trying to get to the point where we can characterize planets that are like the Earth, and hopefully, someday find life on one of them, " said co-author Laura Schaefer, a planetary scientist at Stanford Earth who studies exoplanets. Chances are it will be something more like bacteria than E.T., lei disse.

"Just having another example of life anywhere would be amazing, " Schaefer said. It would also help to illuminate what happened on Earth during the billions of years before oxygen became abundant and, through processes and feedback loops that remain opaque, complex life burst forth.

"We're missing information from different environments that existed on the surface of the Earth during that time period, " Schaefer explained. Plate tectonics constantly recycles rocks from the surface, plunging them into the planet's fiery innards, while water sloshing around oceans, pelting down from rainclouds, hanging in the air, and slipping in rivers and streams tends to alter the geochemistry of rocks and minerals that remain near the surface.

Earth's very liveliness makes it a poor archive for evidence of life and its impacts. Other planetary bodies—some of them dead still and bone dry, others somehow akin to the ancient Earth—may prove better suited to the task.

That's part of why scientists were so excited to find, nel 2019, that a rock sample collected by the Apollo 14 astronauts in 1971 may in fact hold minerals that rocketed off of Earth as a meteorite billions of years ago. "On the Moon, there is no plate tectonics or aqueous weathering, " Lapôtre said. "So this piece of rock has been sitting there intact for the last few billion years just waiting for us to find it."

Per essere sicuro, planetary scientists do not expect to find many ancient Earth time capsules preserved in space. But continued exploration of other worlds in our solar system and beyond could eventually yield a small statistical sample of planets with life on them—not carbon copies of Earth's systems, but systems nonetheless where interactions between life and atmosphere can come into sharper focus.

"They're not going to be at the same stage of life as we have today on Earth, and so we'll be able to learn about how planets and life evolve together, " Schaefer said. "That would be pretty revolutionary."