Планетоло́гия — это комплекс наук, изучающих планеты и их спутники, а также солнечную систему в целом и другие планетные системы с их экзопланетами. Планетология изучает физические свойства, химический состав, строение поверхности, внутренних и внешних оболочек планет и их спутников, а также условия их формирования и развития.
Область между двумя сухими руслами близ полузатопленного лавой кратера Принц (Prinz) на Луне похожа на центральную часть Среднедунайской равнины, но в 3 раза меньше её по площади. Фото с орбитального блока Аполлона 15.
Существует много научно-исследовательских центров и университетов, в которых есть кафедры, занимающиеся вопросами планетологии, а также существует несколько научных институтов по всему миру. Ежегодно проходит несколько крупных научных конференций и публикуются журналы.
История планетологии начинается с древнегреческого философа Демокрита, который (как известно из трудов Ипполита) говорил:
«Существует безграничное множество миров, различающихся по размеру и в некоторых из них нет ни Солнца, ни Луны, в то время как в других их больше, чем у нас и они больше по размеру. Промежутки между мирами не созданы равными, здесь они больше, там меньше, некоторые из них растут, другие процветают, третьи распадаются, здесь они рождаются, там умирают, уничтожаются при столкновении друг с другом. И некоторые из миров голые, без животных и растений, покрытые водой»[2].
В более позднее время новой вехой становления планетологии и астрономии стали телескопические наблюдения. Начало им положил итальянский астроном Галилео Галилей в 1609 году. Направив свой самодельный телескоп на небо он открыл четыре крупнейших спутника Юпитера, горы на Луне, впервые наблюдал кольца Сатурна и многое другое. В том же 1609 году он продолжал изучение лунных ландшафтов. По итогам наблюдений лунной поверхности он записал о ней:
«Поверхность Луны не вполне гладкая, лишённая каких-либо неровностей и идеально шарообразная, как полагает одна философская школа. Напротив, эта поверхность очень неправильная, испещрённая ямами и поднятиями, в точности как и поверхность Земли, которая повсюду испещрена высокими горами и глубокими долинами».
А также предположил, что и другие небесные тела обладают такой же поверхностью как и Земля.
Прогресс в деле строительства телескопов, улучшение их характеристик, позволил приступить к более детальным исследованиям поверхности других небесных тел, в частности Луны. Луна была первоначально главным объектом для изучения из-за близости к Земле, что позволяло достаточно хорошо изучить её поверхность даже в те несовершенные телескопы, которые существовали на тот момент. Сначала главным инструментом изучения Луны и планет были оптические приборы, позже уже в XX веке появились радиотелескопы, ну и наконец автоматизированные космические аппараты, с помощью которых учёные смогли в непосредственной близости заниматься изучением космических объектов.
В результате на данный момент Солнечная система уже относительно хорошо изучена, учёные примерно представляют стадии её формирования и развития. Тем не менее, существует много нерешённых вопросов[3], поэтому необходимо совершить ещё немало новых открытий и отправить в космос большое количество космических аппаратов, чтобы по-настоящему понять строение и свойства тел Солнечной системы.
Здесь есть две отрасли: теоретическая и наблюдательная. Наблюдательные исследования в первую очередь связаны с изучением малых тел Солнечной системы с помощью оптических и радиотелескопов. Они позволяют выяснить такие характеристики как форма тела, вращение, состав и рельеф поверхности и т. п.
Больше всего данных планетарная геология имеет о телах, которые располагаются в непосредственной близости от Земли: Луна и две соседние с Землёй планеты Венера и Марс. Луна стала первым объектом для исследований. Её изучали теми же методами, которые были разработаны ранее для изучения Земли.
Геоморфология исследует особенности строения поверхности планет и реконструирует историю их формирования, делает заключения о физических процессах, которые действовали на данную поверхность. Планетарная геоморфология включает в себя изучение нескольких типов поверхностей:
Структуры, возникающие под действием давления (многоканальные бассейны, кратеры)
Космическое выветривание — эрозионные процессы в условиях открытого космоса (непрерывная бомбардировка микрометеоритов, воздействие частиц высоких энергий, ударное перемешивание). Например, тонкая пыль (реголит), покрывающая поверхность Луны является результатом действия микрометеоритов.
Структуры, возникающие под действием жидкости, которой могут являться как вода, так и замёрзшие углеводороды, в зависимости от расстояния от Солнца и температуры на поверхности тела.
Геологическая история поверхности может расшифрована за счёт сопоставления пород, залегающих на разной глубине. Так как согласно принципу суперпозиции породы в разрезе следуют в порядке их образования: в верхних слоях залегают самые молодые, а в нижних — самые древние. Этот закон был открыт Нильсом Стенсеном и впервые применён им при изучении пластов Земли. Так, например, стратиграфические исследования, выполненные астронавтами в программе Аполлон и снимки КА Лунар орбитер были затем использованы при создании стратиграфической колонки) и геологической карты Луны.
Одна из основных проблем при создании гипотез о формировании и эволюции объектов Солнечной системы является отсутствие образцов, которые могли бы быть проанализированы в крупных лабораториях, со всеми необходимыми инструментами, на основании всех доступных знаний земной геологии, которые могли бы быть здесь применены. К счастью, в распоряжении учёных имеются образцы доставленные с Луны астронавтами Аполлона и советскими луноходами, а также образцы астероидов и Марса, в виде метеоритов, выбитых когда-то из их поверхности. Некоторые из них были сильно изменены в результате окислительных процессов в атмосфере Земли и инфильтрационного действия биосферы, однако некоторые метеориты, например, те что были найдены в последние десятилетия в Антарктиде почти что не подверглись серьёзным изменениям.
Различные типы метеоритов, прилетевшие из пояса астероидов охватывают практически все части структуры астероидов, есть даже такие, которые образовались из ядра и мантии разрушенных астероидов (Палласит). Сочетание геохимии и наблюдательной астрономии также дают возможность проследить из каких именно астероидов был выбит данный метеорит.
Известно довольно мало марсианских метеоритов, которые могли бы предоставить сведения о составе марсианской коры, к тому же неизбежный недостаток информации о местах их образования на поверхности Марса дополнительно усложняет задачу построения теории эволюции марсианской литосферы. Всего до 2008 года было выявлено около 50 метеоритов с Марса.
За время программы Аполлон астронавтами было привезено на Землю более 350 кг лунного грунта, плюс ещё несколько сотен граммов было доставлено советскими луноходами. Эти образцы позволили составить самый полный отчёт о составе другого космического тела Солнечной системы. Всего до 2008 года было выявлено около 100 лунных метеоритов.
Космические зонды позволяют собирать информацию не только в области видимого света, но и в других областях электромагнитного спектра. Планеты можно охарактеризовать различными силовыми полями, такими как гравитационное и магнитное поле. Изучением этих полей занимается геофизика.
Изменение ускорения КА, пролетающих рядом с планетой, позволяет изучить гравитационные аномалии над различными областями планеты и, как следствие, сделать определённые выводы о составе и характеристиках пород в этих областях.
Радиальные гравитационные аномалии на поверхности Луны
Если магнитное поле планеты достаточно велико, то его взаимодействие с солнечным ветром образует магнитосферу вокруг планеты. Исследования космическими зондами магнитного поля Земли показали, что оно простирается в сторону Солнца на огромное расстояние в 10 радиусов Земли. Солнечный ветер — это поток высокоэнергичных заряженных частиц (в основном протоны и электроны), истекающих с солнечной короны, благодаря магнитному полю они обтекают Землю и движутся дальше вдоль магнитного хвоста Земли, который может простираться дальше в космос на сотни радиусов планеты в направлении перпендикулярном к Солнцу. В магнитосфере существуют области (радиационные пояса), в которой накапливаются и удерживаются проникшие в неё заряженные частицы.
Атмосфера является важной переходной зоной между твёрдой поверхностью и внешними радиационными поясами. Не все планеты имеют атмосферу: её существование зависит от массы планеты и расстояния от Солнца. Кроме четырёх газовых гигантов, почти все планеты земной группы имеют атмосферу (Венера, Земля, Марс). Атмосферы также обнаружены у двух спутников Титана и Тритона. Кроме того, очень разреженной атмосферой обладает Меркурий.
Скорость вращения планеты вокруг своей оси заметно влияет на потоки и течения в атмосфере. Особенно хорошо это видно на примере Юпитера и Сатурна, в атмосферах которых формируются системы полос и вихрей. То же самое можно увидеть и на примере планет земной группы, в частности, на Венере.
В планетологии часто используется метод сравнения, чтобы дать более полное понимания изучаемого объекта, особенно когда по нему не хватает прямых данных. Сравнение атмосферы Земли и Титана (спутника Сатурна), развитие внешних объектов Солнечной системы на разных расстояниях от Солнца, геоморфология поверхности планет земной группы, — вот лишь несколько примеров использования данного метода.
Основным объектом для сравнения остаётся Земля, так как она лучше всего изучена и на ней можно провести все возможные измерения. Использование данных исследования Земли в качестве аналога для сравнения с другими телами, больше всего распространены в таких науках как планетарная геология, геоморфология и науки об атмосфере.
↑Hippolytus (Antipope); Francis Legge, Origen.Philosophumena (неопр.). — Original from Harvard University.: Society for promoting Christian knowledge, 1921. — Т. 1.
Авдуевский В. С., Маров М. Я., Рождественский М. К. Результаты измерений параметров атмосферы Венеры на советской АМС «Венера-4» // Космич. исслед. 1969. Т. 7. N 2, с. 233.
Авдуевский В. С., Маров М. Я., Рождественский М. К. Результаты измерений на автоматических станциях «Венера-5» и «Венера-6» и модель атмосферы Венеры // Космич. исслед. 1970. Т. 8, N 6, с. 871.
Аксёнова М. Астрономия. — Москва: Аванта+, 1997. — Т. 8 — ISSN 5-89501-008-3 (т. 8)
Астро-геологи и планетологи СССР : энциклопедия / авт.-сост. и ред. Г. Н. Каттерфельд; Междунар. ассоц. планетологов (IAP), Комис. планетологии СССР. – 2-е изд., доп. – Санкт-Петербург : Международный фонд истории науки, 2005. – 157 с.
Атлас обратной стороны Луны. — М.: Изд-во АН СССР/Наука, 1960 (ч. 1), 1967 (ч. 2), 1975 (ч. 3).
Атлас поверхности Венеры. Ред. Котельников В. А. — М.: ГУГК. — 1989. — 50х35 см. — 328 с. (62 автора)[1].
Базилевский А. Т., Иванов Б. А., Иванов А. В., Хэд Дж. У. Уточнение источников вещества, доставленного КА «Луна-24», на основании анализа новых снимков места посадки, полученных КА LRO // Геохимия, 2013, № 6, 510—528.
Базилевский А. Т., Иванов Б. А., Флоренский К. П. и др. Ударные кратеры на Луне и планетах. М. : Наука, 1983. 200 с.
Базилевский А. Т., Иванов М. А., Бурба Г. А. и др.. Анализ геологического строения и составление геологической карты северной части планеты Венера // Астрон. вестник. — 2000. — Т. 34. — № 5. — С. 387–419.
Барсуков В. Л., Базилевский А. Т., Бурба Г. А. и др. Первые результаты геолого-морфологического анализа радиолокационных изображений поверхности Венеры, полученных АМС Венера-15 и Венера-16 // Докл. АН СССР. — 1984. — Т. 279. — № 4. — С. 946–950.
Барсуков В. Л., Базилевский А. Т., Бурба Г. А. и др. Основные типы структур Северного полушария Венеры // Астрон. вестник. — 1985. — Т. 19. — № 1. — С. 3–14.
Бурба Г. А. Номенклатура деталей рельефа Венеры / Отв. ред. А. Т. Базилевский и Ю. И. Ефремов. — М.: Наука, 1988. — 62 с.
Виноградов А. П., Сурков Ю. А., Флоренский К. П., Андрейчиков Б. М. Определение химического состава атмосферы Венеры по данным автоматической станции «Венера-4» // Докл. АН СССР. — 1968. — Т. 179. — № 1. — С. 37-40.
Галимов Э. М.Кому нужны лунные камни? Выступления, интервью, научно-популярные публикации: 50 лет в науке. — М.: URSS, 2012. — 576 с. ISBN 978-5-396-00431-3.
Грунт из материкового района Луны // Отв. ред. В. Л. Барсуков, Ю. А. Сурков. — М.: Наука, 1979. — 708 с.
Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли и планет. — М.: Наука, 1983.
Кинг Э. Космическая геология. Введение. — М.: Мир, 1979. — 379 с.
Кондратьев К. Я. Планета Марс. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990. — 368 с.
Кондратьев К. Я. Погода и климат на планетах. — М.: Знание, 1975. — 54 с.
Космохимия Луны и планет. — М.: Наука, 1975.
Криволуцкий А. Е. Голубая планета. Земля среди планет. Географический аспект. — М.: Мысль, 1985. — 335 с.
Кузьмин А. Д., Маров М. Я. Физика планеты Венера. — М.: Наука, 1974.
Кузьмин Р. О. Криолитосфера Марса. — М.: Наука, 1983. — 141 с.
Кузьмин Р. О. Определение глубины залегания льдистых пород на Марсе по морфологии свежих кратеров // Докл. АН СССР. – 1980. – Т. 252. – № 6. – С. 1445.
Кузьмин Р. О., Галкин И. Н.Как устроен Марс. — М.: Знание, 1989. — 64 с. ISBN 5-07-000280-5
Лунный грунт из Моря Изобилия // Отв. ред. — А — — . П. Виноградовю. — М.: Наука. — 1974. — 624 с.
Лунный грунт из Моря Кризисов // Отв. ред. В. Л. Барсуков. — М.: Наука. — 1980. — 360 с.
Маров М. Я.Воспоминания об академике А. П. Виноградове // Александр Павлович Вингорадов : Творческий портрет в воспоминаниях учеников и соратников / Отв. ред. Э. М. Галимов. — М. : Наука, 2005. — С. 179-188.
Маров М. Я. Планеты Солнечной системы. – М.: Наука, 1986.
Мороз В. И. Физика планеты Марс. – М.: Наука, 1978.
Планета Венера : Атмосфера, поверхность, внутреннее строение / Ред. Барсуков В. Л., Волков В. П. — М. : Наука. — 1989. - 488 с. ISBN: 5-02-003249-2.
Поверхность Марса. — М.: Наука, 1980.
Проблемы геологии Луны. — М.: Наука, 1969.
Сергеев М. Б. Введение в геологию: Происхождение Земли и Солнечной системы. — М. : Российское геологическое общество, 2005. 320 с.
Сурков Ю. А.От геохимии к планетологии // Александр Павлович Вингорадов : Творческий портрет в воспоминаниях учеников и соратников / Отв. ред. Э. М. Галимов. — М. : Наука, 2005. — С. 299-307.
Сурков Ю. А. Космохимические исследования планет и спутников. — М. : Наука. — 1985. — 331 с.
Тюфлин Ю. С. Космическая фотограмметрия при изучении планет и спутников. — М. : Недра, 1986. — 245 с.
Флоренский К. П., Базилевский А. Т., Бобина Н. Н. и др. Поверхность Марса // Поверхность Марса. — М. : Наука. — 1980. — С. 107—149.
Флоренский К. П., Базилевский А. Т., Зезин Р. Б. и др. Геолого-морфологические исследования лунной поверхности // Передвижная лаборатория на Луне — Луноход-1 / Ред. Виноградов А. П. — М.: Наука. — 1978. — С. 102—135.
Флоренский К. П., Базилевский А. Т., Пронин А. А., Бурба Г. А. Результаты геолого-морфологического анализа панopaм Beнepы // Первые панорамы поверхности Венеры / Ред. Келдыш М. В. — М.: Наука. — 1979. — С. 107—127.
Фотокарта Венеры. Листы 1—27. Масштаб 1:5 000 000 (в 1 см — 50 км). Ред. Тюфлин Ю. С. — М.: ГУГК. — 1987 (листы 2—27), 1988 (лист 1). (Коллектив авторов; по данным радиолокационной съёмки с искусственных спутников Венеры «Венера-15» и «Венера-16»).
Шингарёва К. Б., Бурба Г. А. Лунная номенклатура: Обратная сторона Луны, 1961—1973 гг. / Отв. ред. А. А. Гурштейн и Ю. И. Ефремов. — М.: Наука, 1977. — 54 с.
Хабаков А. В. Об основных вопросах истории развития поверхности Луны. — М.: Географгиз, 1949. 195 с. (Зап. ВГО. Нов. сер.; Т. 6). (Рец. В.А. Обручев // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1950. № 3. С. 154-156.)
Шевченко В.В. Луна и ее наблюдение. — Москва: Наука, 1983. — 192 с.
Шевченко В. В. Современная селенография. — М.: Наука, 1980.
Шкуратов Ю. Г.Луна далёкая и близкая. — Харьков: Харьковский нац. университет им. В. Н. Каразина, 2006. — 182 с. — ISBN 966-623-370-3.
Basilevsky, A. T., J. W. Head. Regional and global stratigraphy of Venus: a preliminary assessment and implications for the geological history of Venus // Planetary and Space Science 43/12, 1995. P. 1523—1553
Basilevsky, A. T., J. W. Head. The geologic history of Venus: A stratigraphic view // JGR-Planets. Vol. 103, No. E4, 1998. p. 8531
Basilevsky, A. T., J. W. Head. Venus: Timing and rates of geologic activity // Geology; November 2002; v. 30, No. 11. p. 1015—1018;
Basilevsky A.T., Lorenz C. A., Shingareva T. V. et al. The surface geology and geomorphology of Phobos // Planetary and Space Science. 2014, v. 102, 95-118.
Carr M. H., Saunders, R. S., Strom, R. G., Wilhelms, D. E. The Geology of the Terrestrial Planets. NASA. 1984.
Florensky K. P., Basilevsky A. T., Bobina N. N. et al. The floor of crater Le Monnier: A study of Lunokhod 2 data // Proc. Lunar Planet. Sci. Conf. 9th, 1978, p. 1449—1458[2].
Florensky C. P., Ronca L. B., Basilevsky A. T. et al. The surface of Venus as revealed by Soviet Venera 9 and Venera 10 // Geological Society of America Bulletin, 1977, vol. 88, No 11, p.1537—1545[3].
Gradstein, F. M., James G. Ogg, Alan G. Smith, Wouter Bleeker & Lucas J. Lourens (2004): A new Geologic Time Scale, with special reference to Precambrian and Neogene Episodes, Vol. 27, no. 2.
Hansen V. L. & Young D. A. (2007): Venus’s evolution: A synthesis. Special Paper 419: Convergent Margin Terranes and Associated Regions: A Tribute to W.G. Ernst: Vol. 419, No. 0 pp. 255—273.
Hartmann, W. K. & Neukum, G. (2001): Cratering Chronology and the Evolution of Mars. Space Science Reviews, 96, 165—194.
Hartman, W. K. (2005): Moons and Planets. 5th Edition. Thomson Brooks/Cole.
Morrison D., Freeman W. H. Exploring Planetary Worlds. 1994.
Mutch T.A., Arvidson R., Head J., Jones K.,& Saunders S. (1977): The Geology of Mars Princeton University Press
Offield, T. W. & Pohn, H. A. (1970): Lunar crater morphology and relative-age determiantion of lunar geologic units U.S. Geol. Survey Prof. Paper No. 700-C. pp. C153-C169. Washington;
Phillips, R. J., R. F. Raubertas, R. E. Arvidson, I. C. Sarkar, R. R. Herrick, N. Izenberg, and R. E. Grimm (1992): Impact craters and Venus resurfacing history, J. Geophys. Res., 97, 15,923-15,948
Scott, D. H. & Carr, M. H. (1977): The New Geologic Map of Mars (1:25 Million Scale). Technical report.
Scott, D. H. & Tanaka, K. L. (1986): Geological Map of the Western Equatorial Region of Mars (1:15,000,000), USGS.
Shoemaker, E. M., & Hackman, R. J. (1962):, Stratigraphic basis for a lunar time scale, in Kopal, Zdenek, and Mikhailov, Z.K., eds., (1960): The Moon — Intern. Astronom. Union Symposium 14, Leningrad, 1960, Proc.: New York, Academic Press, p. 289—300.
Sidorenko A. I., Rzhiga O. N., Alexandrov Yu. N. et al. Atlas of Venus surface images. 23x15 cm [97 black-and-white radar Venera 15/16 photomaps at scales 1:30,000,000 to 1:8,000,000] // Appendix 1 in: Venus Geology, Geochemistry and Geophysics: Research results from the USSR / Eds. V. L. Barsukov, A. T. Basilevsky, V. P. Volkov, V. N. Zharkov. Tucson: Univ. Arizona Press. 1992. P. 325—381. (Co-authors ).
Spudis, P. D. & J. E. Guest (1988):. Stratigraphy and geologic history of Mercury, in Mercury, F. Vilas, C. R. Chapman, and M. S. Matthews, eds., Univ. of Arizona Press, Tucson, pp. 118—164.
Sukhanov A. L., Pronin A. A., Burba G. A. et al. Venus Geomorphic/Geologic Map of Part of the Northern Hemisphere. Scale 1: 15,000,000 (1 cm — 150 km). 106 x 125 cm. — US Geol. Survey. — 1989[4].
Tanaka K. L. (ed.) (1994): The Venus Geologic Mappers’ Handbook. Second Edition. Open-File Report 94-438 NASA.
Venus Geology, Geochemistry and Geophysics: Research results from the USSR / Eds. V. L. Barsukov, A. T. Basilevsky, V. P. Volkov, V. N. Zharkov. Tucson: Univ. Arizona Press. 1992.