问题

行星科学主要是天文学家在搞,还是地质学家?

回答
行星科学,就像它的名字暗示的那样,是一门研究我们太阳系内外所有行星(包括矮行星、卫星、小行星、彗星等等)的学科。因此,它并非某一个传统学科的专属领域,而是天然地融合了众多科学分支的知识和方法。如果要说最主要的参与者,那么天文学家和地质学家绝对是其中的核心力量,但故事远不止于此。

天文学家:仰望星空,洞察全局

天文学家是行星科学的先驱,他们的工作基础是观测和物理定律。

观测的基石: 传统上,天文学家利用望远镜(地面和空间望远镜,比如哈勃、詹姆斯·韦伯太空望远镜)来观测行星的各种信息。他们测量行星的轨道、大小、质量、亮度、温度,以及它们的光谱特征。光谱分析能够揭示行星大气和表面的化学成分,比如水、甲烷、二氧化碳的存在与否,以及它们的丰度。
物理定律的应用: 天文学家运用牛顿的万有引力定律来理解行星的运动,计算它们的轨道参数,预测它们未来的位置。他们还运用热力学原理来研究行星的温度分布和能量平衡,理解行星如何接收和辐射能量。
遥感与探测器: 随着太空探测技术的发展,天文学家在设计和分析来自探测器(如旅行者号、伽利略号、卡西尼号、好奇号等)的数据方面发挥着至关重要的作用。这些数据包括高分辨率的图像、大气压力、磁场强度等,为行星科学提供了前所未有的细节。
系外行星的发现与研究: 近几十年来,天文学家在系外行星(太阳系外的行星)的发现和研究方面取得了巨大成就。他们开发了各种探测系外行星的方法,比如凌日法、径向速度法、直接成像法等。对这些遥远世界的研究,也极大地拓展了我们对行星形成、演化以及生命存在可能性的理解。
模型与理论: 天文学家构建理论模型来解释行星的形成过程,比如星云假说,描述了从原始星云到行星盘,再到行星吸积形成的全过程。他们也研究行星系统的动力学演化,比如行星迁移、轨道共振等。

地质学家:深入肌理,探寻过去

如果说天文学家提供了行星的“远景”和物理框架,那么地质学家则提供了行星“近观”和演化历史的解读。

“地球的实验室”: 地质学家在地质学上的知识和方法,可以直接应用于研究其他类地行星,尤其是火星和金星。他们可以分析行星表面的地形地貌,如山脉、峡谷、火山、陨石坑等,来推断其形成机制和地质活动历史。
岩石与矿物的分析: 探测器携带的科学仪器,如光谱仪、X射线荧光光谱仪(XRF)、拉曼光谱仪等,可以分析行星表面岩石和土壤的化学和矿物成分。地质学家解读这些数据,就像在地球上研究岩石一样,能够识别出火成岩、沉积岩、变质岩的痕迹,从而推断出过去的火山活动、水文环境、沉积过程等。
地质过程的模拟与解释: 地质学家熟悉地球上的地质过程,如板块构造、火山喷发、侵蚀、风化、水循环等。他们能够将这些地球知识迁移到其他行星上,解释观察到的地质现象。例如,他们可以解释火星上巨大的火山是如何形成的,水流在过去是如何塑造火星表面的,或者金星上稠密的大气是如何影响其地表演化的。
撞击坑的分析: 陨石坑是太阳系内行星表面普遍存在的特征,地质学家通过研究撞击坑的大小、密度、形态等,可以推断行星表面的年龄以及撞击事件的频率。
“原位”探测的价值: 火星车(如好奇号、毅力号)的成功部署,使得地质学家能够直接在火星表面进行采样和分析,这极大地推动了对火星地质历史的深入理解,发现了水存在的证据,甚至对火星是否存在过生命进行了探索。
行星内部结构研究: 地质学家也关注行星的内部结构,通过地震学(虽然目前只在地球和月球上成功实现过)或通过引力场和磁场数据来推断行星内部的物质组成、温度和动力学过程。

超越天文与地质:多学科的交响

然而,行星科学的魅力恰恰在于它的包容性。除了天文学家和地质学家,还有许多其他领域的专家在为这门学科贡献力量:

化学家: 研究行星大气的化学成分、化学反应,以及有机物的形成和演化,这对于寻找地外生命至关重要。
物理学家(大气物理学家、等离子体物理学家等): 研究行星大气的动力学、辐射过程、磁层相互作用等。
生物学家/天体生物学家: 探索行星上是否存在生命,研究生命起源和演化的条件,以及如何在极端环境下寻找生命迹象。
工程师: 设计和建造太空探测器、望远镜和仪器,是行星科学研究得以进行的基础。
计算机科学家/数据科学家: 处理海量的探测器数据,开发新的分析和建模工具。
数学家: 发展复杂的模型来描述行星的形成、演化和动力学过程。

总结来说,行星科学的划分并非泾渭分明。

天文学家提供了“宏观的视野”和“物理的框架”,他们负责发现行星,描述它们的基本属性,并研究它们在宇宙中的位置和运动。地质学家则提供了“微观的细节”和“演化的视角”,他们深入研究行星表面的组成、结构和地质过程,试图解读行星漫长而复杂的历史。

可以说,天文学家是行星科学的“发现者”和“导航员”,而地质学家则是行星科学的“考古学家”和“历史学家”。两者相辅相成,缺一不可。一项行星科学的研究成果,往往是天文学家提供观测数据和轨道信息,地质学家对其地貌进行解读,化学家分析其成分,物理学家解释其大气动力学,最终汇聚成一幅关于某个行星的完整图景。因此,行星科学更像是一个由天文学、地质学以及其他科学分支共同协作、互相启发而构建起来的庞大体系。

网友意见

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谢诸位盛情邀……不胜惶恐……我……我有点慌orz


我个人的看法是,行星科学(planetary science)是一门曾经脱胎于天文学和地球科学,但越来越将是一门高度融合各个学科的独立的交叉学科。

行星科学是一门高度依赖探测器的学科,这本身就决定了行星科学是一门很年轻的学科——毕竟人类第一颗人造卫星,苏联的斯普特尼克1号1957年才发射成功,而人类的第一颗(部分成功的)月球探测器,苏联的月球1号和美国的前驱者4号1959年才发射成功。

这样一个全新的学科,是从各个学科中汲取养分才不断往前走的。

1950年代末到1960年代末,这是一个无知无畏的年代,虽然美苏对月球、火星和金星发射了大量探测器,但失败的比成功的还多——这样一个“成功都是侥幸,失败才是人生”的年代,是航天动力学(火箭、轨道、制动等)、计算机学和工业设计、制造学(探测器和科学仪器等)的天下,很难谈得上对探测目标本身的科学成果。

但从1960年代末期开始,利用粗糙的探测器数据,我们对月球、火星和金星的基本认识、研究方法、地球实验和理论模型都陆续建立起来了。那一代行星科学家们来自各个领域,以他们各自深厚的专业背景,为行星科学这个一片空白的领域打开了新局面。

探测器获取的数据,首先就是影像。如何分析这些影像?要建立坐标系,要定义经纬度,要做影像纠正和投影……影像处理和地图学出场了。

要分析探测器获取的不同波段的影像,还有各种光谱数据、雷达数据……遥感学必不可少。

随着探测器影像分辨率越来越高……可是这这这月球啊火星啊金星啊怎么跟地球表面这么不一样啊?!月球的暗区(月海)和亮区(高地)是怎么形成的啊?还有这些个圆圈是啥玩意儿啊(后来才知道是陨石坑)?——总之,地质学也随之登场了。

地球上的重力我们可以通过重力仪去那个地点实测,可是行星上的重力场怎么办?有办法,用无线电信号的多普勒频移就可以算!登月装了那么多仪器怎么办啊?月震仪、重力仪、激光测月棱镜、热流探测仪,这些数据也都要处理呀!——地震学、重力学、热力学等各个地球物理学的分支也来了。

金星大气层怎么这么厚?大气里都是些啥?为什么金星温度这么高?火星的风和尘暴是怎么回事?大气科学和气象学也得来吧。

大气层太厚了什么都看不清楚啊,必须上雷达测高计啊……测高学和地形学也得跟上(可见光波段看得清楚的就用激光测高计)。

阿波罗采样返回的岩石样本怎么分析啊?矿物学、地球化学、放射性定年学当仁不让吧。

木星土星的磁场、辐射带怎么办?地磁学和空间物理也少不了啊。

火星车要不要设计机器人?火星移民要不要盖楼(建筑学和材料学)和种菜(农学)?

火星上发现了水和疑似有机物痕迹?土卫二上可能有维持生命的条件?行吧,生物学来得晚但也来了。

……

……

……

传统的天文学,对行星的形成和轨道演化、小天体的光学观测和系外行星的观测也依然有重要作用。


行星科学正是这样一个集百家之长为我所用的交叉学科。

我想,这样一个严格说来只有四五十年历史,却随着探测器不断增加、人类深入探索宇宙能力越来越强大而日益蓬勃发展的新兴学科,其实没有必要执着于把它归类到哪个传统学科之中去,你们说对吧?


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