علوم سیارهای (Planetary Science) یا سیارهشناسی یکی از جذابترین و سریعترین حوزههای در حال رشد در علوم پایه است که به مطالعه منشأ، ساختار، ترکیب، تحول و فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی سیارات، قمرها، سیارکها، دنبالهدارها و دیگر اجرام منظومه شمسی و حتی سیارات فراخورشیدی میپردازد. این رشته پلی میان زمینشناسی، اخترشناسی، شیمی، فیزیک، علوم جوی و علوم رایانه ایجاد کرده و تلاش میکند به پرسشهایی پاسخ دهد که ذهن بشر را قرنها به خود مشغول کرده است؛ از جمله اینکه منظومه شمسی چگونه شکل گرفت، سیارات چگونه تکامل یافتند و آیا در جایی غیر از زمین امکان وجود حیات وجود دارد؟
تنها چند ساعت پیش از آنکه ماموریت جونو (Juno) ناسا پنجاه و سومین پرواز نزدیک خود را از کنار مشتری در ۳۱ ژوئیه ۲۰۲۳ به پایان برساند، این فضاپیما با سرعت از کنار قمر آتشفشانی این سیاره، آیو، عبور کرد و این نمای چشمگیر از هر دو را در یک قاب ثبت کرد
با توسعه فناوریهای فضایی و افزایش تعداد مأموریتهای اکتشافی، علوم سیارهای به یکی از مهمترین شاخههای علمی جهان تبدیل شده است. امروزه اطلاعاتی که از کاوشگرها، تلسکوپهای فضایی و مطالعه شهابسنگها به دست میآید، دیدگاه ما را نسبت به منشأ زمین و سایر اجرام آسمانی به شکل چشمگیری تغییر داده است.
اجزا تشکیل دهنده یک شهاب سنگ کندریت کربنی Tnz 057
تاریخچه شکلگیری علوم سیارهای
تا پیش از نیمه دوم قرن بیستم، شناخت انسان از سیارات تقریباً به مشاهدات تلسکوپی محدود بود. اگرچه اخترشناسان توانسته بودند مدار سیارات، اندازه تقریبی و برخی ویژگیهای ظاهری آنها را تعیین کنند، اما اطلاعات دقیقی درباره ترکیب، زمینشناسی و شرایط محیطی این اجرام وجود نداشت.
مریخ تنها حدود ۱۰٫۷ درصد جرم زمین را دارد، اما شعاع آن تقریباً نصف شعاع زمین است
آغاز عصر فضا، نقطه عطفی در توسعه علوم سیارهای بود. با پرتاب نخستین کاوشگرها مانند لونا (Luna) به سمت ماه و مارینر (Mariner) به سوی سیارات داخلی، دانشمندان برای نخستین بار توانستند تصاویر و دادههای مستقیم از سطح و جو سیارات دریافت کنند.
در دهههای بعد، مأموریتهایی مانند وویجر (Voyager)، گالیله (Galileo)، کاسینی (Cassini)، کنجکاوی (Curiosity) و استقامت (Perseverance) اطلاعات بیسابقهای درباره مریخ، مشتری، زحل و سایر اجرام منظومه شمسی در اختیار پژوهشگران قرار دادند. امروزه علوم سیارهای یکی از مهمترین پایههای برنامههای اکتشاف فضایی در جهان محسوب میشود.
در تصویر مریخنورد استقامت ناسا بازوی رباتیک خود را برای کار در اطراف یک برآمدگی سنگی به نام «Skinner Ridge» در دهانه Jezero مریخ قرار میدهد.
نمودار ناوگان علوم سیارهای ناسا، دسامبر ۲۰۲۵
علوم سیارهای چه تفاوتی با اخترشناسی دارد؟
اگرچه علوم سیارهای و اخترشناسی ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند، اما اهداف آنها کاملاً یکسان نیست.
اخترشناسی بیشتر به مطالعه ستارهها، کهکشانها، سیاهچالهها و ساختار کلی جهان میپردازد، در حالی که علوم سیارهای تمرکز خود را بر بررسی اجرام جامد و گازی منظومههای سیارهای قرار میدهد.
از سوی دیگر، این رشته شباهت زیادی نیز با زمینشناسی دارد؛ زیرا بسیاری از روشهایی که برای مطالعه سنگها، آتشفشانها، گسلها و رسوبات زمین استفاده میشوند، در بررسی سطح مریخ، ماه یا سیارکها نیز کاربرد دارند.
مهمترین شاخههای علوم سیارهای
زمینشناسی سیارهای (Planetary Geology)
این شاخه به مطالعه ساختار، ترکیب و تاریخچه زمینشناختی سیارات و قمرها میپردازد. بررسی دهانههای برخوردی، فعالیتهای آتشفشانی، چینخوردگیها، گسلها و فرآیندهای فرسایش از مهمترین موضوعات این شاخه هستند.
زمینشناسی سیارهای به دانشمندان کمک میکند تاریخچه میلیاردها ساله سیارات را بازسازی کرده و شرایط محیطی گذشته آنها را بهتر درک کنند.
Harrison Schmitt، یک زمینشناس سیارهای و فضانورد ناسا ، در حال جمعآوری نمونههای ماه در طول ماموریت آپولو ۱۷ در اوایل دسامبر ۱۹۷۲
مطالعه جو سیارات (Planetary Atmospheres)
هر سیاره دارای ویژگیهای جوی متفاوتی است. ترکیب شیمیایی، فشار، دما، سرعت بادها و چرخههای اقلیمی، اطلاعات ارزشمندی درباره تکامل سیارات ارائه میکنند.
برای نمونه، مطالعه جو بسیار متراکم زهره و جو رقیق مریخ به درک بهتر تحول اقلیم سیارات سنگی کمک کرده است.
این تصویر توسط مدارگرد وایکینگ ۱ در ژوئن ۱۹۷۶ گرفته شده، لایه شفاف بالای سطح قرمز غبارآلود مریخ، جو آن است.
الگوهای پیچیده ابرها در نیمکره شمالی مشتری.
اخترزیستشناسی (Astrobiology)
یکی از هیجانانگیزترین شاخههای علوم سیارهای، اخترزیستشناسی است که شرایط لازم برای شکلگیری و بقای حیات را بررسی میکند.
در این شاخه، پژوهشگران به دنبال یافتن نشانههای زیستی در مریخ، قمر اروپا (Europa)، قمر انسلادوس (Enceladus) و حتی سیارات فراخورشیدی هستند.
تصویری از فضاپیمای اروپا کلیپر ناسا بر فراز اروپا، قمر مشتری. این فضاپیما از مجموعه ای قدرتمند از ابزارهای علمی برخوردار است. که برای بررسی شرایط لازم برای وجود حیات از آن ها استفاده می کند به عبارت دیگر هدف از این ماموریت پاسخ به این پرسش می باشد : آیا قمر اروپا قابل سکونت است؟
مطالعه سیارات فراخورشیدی (Exoplanetology)
با کشف هزاران سیاره در اطراف ستارههای دیگر، این شاخه به سرعت رشد کرده است. دانشمندان ویژگیهایی مانند جرم، اندازه، دمای سطح، فاصله از ستاره و احتمال وجود آب مایع را بررسی میکنند تا سیاراتی مشابه زمین را شناسایی کنند.
تصور ساخته شده و هنری از یک دنیای قابل سکونت که به دور یک ستاره کوتوله قرمز میچرخد.
بیشتر بخوانید:
دفتر هماهنگی دفاع سیارهای ناسا (PDCO)
دپارتمان شهابسنگشناسی مرکز گوهرشناسی و علوم سیاره ای کیپا
سیاره GJ 3378b، امید تازه ای برای حیات
تفریق سیاره ای (هسته، گوشته و پوسته)
بلوبریهای مریخی و سرنخ هایی از آب باستانی در سیارهسرخ
روشهای پژوهش در علوم سیارهای
پژوهشگران این رشته از چندین روش مکمل استفاده میکنند.
نخست، مأموریتهای فضایی شامل مدارگردها، فرودگرها و مریخنوردها هستند که اطلاعات مستقیم از سطح و جو سیارات جمعآوری میکنند.
دوم، تلسکوپهای زمینی و فضایی با بررسی نور بازتابشده یا گسیلشده از سیارات، اطلاعات ارزشمندی درباره ترکیب شیمیایی و شرایط محیطی آنها ارائه میدهند.
سوم، مطالعه شهابسنگهایی که به زمین سقوط کردهاند، امکان بررسی موادی را فراهم میکند که از نخستین مراحل شکلگیری منظومه شمسی باقی ماندهاند.
در کنار این روشها، مدلسازیهای رایانهای نیز نقش مهمی در بازسازی فرآیندهای شکلگیری سیارات و تحول منظومه شمسی دارند.
چرا علوم سیارهای اهمیت دارد؟
علوم سیارهای تنها درباره شناخت سیارات دیگر نیست، بلکه به درک بهتر زمین نیز کمک میکند.
برای مثال، مطالعه تغییرات اقلیمی زهره میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره اثر گلخانهای ارائه دهد و بررسی مریخ به دانشمندان کمک میکند دلایل از بین رفتن جو سیارات را بهتر درک کنند.
علاوه بر این، مطالعه سیارکها میتواند اطلاعات مهمی درباره منشأ آب و مواد آلی روی زمین در اختیار پژوهشگران قرار دهد.
از سوی دیگر، علوم سیارهای نقش مهمی در برنامههای آینده اکتشاف فضایی، استخراج منابع معدنی از سیارکها و حتی سکونت احتمالی انسان در سایر اجرام آسمانی خواهد داشت.
برترین دانشگاههای جهان در علوم سیارهای
به دلیل ماهیت میانرشتهای این علم، بسیاری از دانشگاههای مطرح جهان دارای دپارتمانهای تخصصی علوم سیارهای هستند.
از مهمترین مراکز آموزشی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- انستیتو فناوری کالیفرنیا (Caltech)
- دانشگاه آریزونا (University of Arizona)
- مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)
- دانشگاه کالیفرنیا، برکلی (UC Berkeley)
- دانشگاه هاروارد (Harvard University)
- دانشگاه ETH زوریخ
- دانشگاه آکسفورد
- دانشگاه کمبریج
- کالج دانشگاهی لندن (UCL)
- امپریال کالج لندن
- دانشگاه توکیو
آموزش علوم سیارهای امپریال کالج لندن
این دانشگاهها همکاری گستردهای با سازمانهای فضایی دارند و بخش قابل توجهی از پژوهشهای روز علوم سیارهای در آنها انجام میشود.
چگونه وارد رشته علوم سیارهای شویم؟
بیشتر پژوهشگران این حوزه، تحصیلات اولیه خود را در رشتههایی مانند زمینشناسی، فیزیک، شیمی، علوم زمین یا اخترشناسی آغاز میکنند و سپس در مقاطع کارشناسی ارشد یا دکتری وارد گرایش علوم سیارهای میشوند.
داشتن پایه مناسب در ریاضیات، فیزیک، شیمی و برنامهنویسی، آشنایی با تحلیل دادهها و مشارکت در پروژههای پژوهشی، شانس موفقیت در این رشته را افزایش میدهد.
از مهمترین زمینههای پژوهشی این رشته میتوان به مطالعه شهابسنگها، منشأ منظومه شمسی، زمینشناسی مریخ، بررسی سیارات فراخورشیدی، مدلسازی جو سیارات و جستجوی نشانههای حیات اشاره کرد.
آینده علوم سیارهای
در دهههای آینده، علوم سیارهای بیش از هر زمان دیگری توسعه خواهد یافت. مأموریتهای بازگرداندن نمونه از مریخ، بررسی قمرهای یخی مشتری و زحل، توسعه نسل جدید تلسکوپهای فضایی و کشف سیارات فراخورشیدی جدید، افقهای تازهای را پیش روی دانشمندان قرار داده است.
همچنین برنامههای بلندمدت برای استخراج منابع معدنی از سیارکها، ایجاد پایگاههای دائمی روی ماه و اعزام انسان به مریخ، اهمیت این رشته را بیش از گذشته افزایش داده است.
پیشبینی میشود در سالهای آینده، علوم سیارهای علاوه بر پاسخ دادن به پرسشهای بنیادین درباره منشأ منظومه شمسی، نقش مهمی در توسعه فناوریهای فضایی و حتی اقتصاد فضایی ایفا کند.
نقشه زمینشناسی حوضه اسپوتنیک پلانیتیا (Sputnik Planitia) در سیاره کوتوله پلوتون . تجزیه و تحلیل سطوح و ویژگیهای سطحی سیارات، بخش مهمی از علوم سیارهای است
جمعبندی
علوم سیارهای یکی از میانرشتهایترین شاخههای علوم پایه است که با بهرهگیری از زمینشناسی، اخترشناسی، فیزیک، شیمی و علوم رایانه، به مطالعه سیارات، قمرها، سیارکها و دیگر اجرام آسمانی میپردازد. پیشرفت فناوریهای فضایی باعث شده است که این رشته در دهههای اخیر رشد چشمگیری داشته باشد و امروزه یکی از مهمترین حوزههای پژوهشی جهان محسوب شود.
شناخت بهتر منشأ منظومه شمسی، بررسی امکان وجود حیات در سایر نقاط جهان، مطالعه تغییرات اقلیمی سیارات و توسعه فناوریهای لازم برای اکتشافات فضایی، تنها بخشی از اهداف علوم سیارهای است. با ادامه مأموریتهای فضایی و توسعه ابزارهای رصدی، انتظار میرود این رشته در آینده پاسخ بسیاری از پرسشهای اساسی بشر درباره جهان پیرامون را روشنتر کند.
منابع
- NASA – Planetary Science
https://science.nasa.gov/planetary-science/ - European Space Agency (ESA) – Science & Exploration
https://www.esa.int/Science_Exploration - Lunar and Planetary Institute (LPI)
https://www.lpi.usra.edu/ - Caltech – Division of Geological and Planetary Sciences
https://www.gps.caltech.edu/ - University of Arizona – Lunar and Planetary Laboratory
https://www.lpl.arizona.edu/ - MIT – Earth, Atmospheric and Planetary Sciences
https://eaps.mit.edu/
نظرات کاربران