В дифференцированных телах поверхность находится там, где кора встречается с планетарным пограничным слоем . Все, что находится ниже этого, считается подповерхностным или подводным. Большинство тел, более массивных, чем суперземли , включая звезды и планеты-гиганты , а также более мелкие газовые карлики , непрерывно переходят из одной фазы в другую, включая газ, жидкость и твердое тело. Таким образом, они, как правило, считаются не имеющими поверхностей.
Косвенные наблюдения с помощью пролета или орбиты в настоящее время не предоставляют достаточно информации для подтверждения состава и свойств планетарных поверхностей. Большая часть того, что известно, получена благодаря использованию таких методов, как астрономическая спектроскопия и возврат образцов . Космические аппараты Lander исследовали поверхности планет Марс и Венера . Марс — единственная другая планета, поверхность которой была исследована мобильным поверхностным зондом (ровером). Титан — единственный непланетарный объект планетарной массы , исследованный посадочным аппаратом. Аппараты Lander исследовали несколько меньших тел, включая 433 Эрос (2001), 25143 Итокава (2005), Темпель 1 (2005), 67P/Чурюмов–Герасименко (2014), 162173 Рюгу (2018) и 101955 Бенну (2020). Образцы поверхности были собраны с Луны (возвращен в 1969 году), 25143 Итокава (возвращен в 2010 году), 162173 Рюгу и 101955 Бенну.
Расстояние, гравитация, атмосферные условия (экстремально низкое или экстремально высокое атмосферное давление ) и неизвестные факторы делают исследования как дорогостоящими, так и рискованными. Это требует использования космических зондов для раннего исследования планетарных поверхностей. Многие зонды являются стационарными, имеют ограниченный диапазон исследования и, как правило, выживают на внеземных поверхностях в течение короткого периода, однако мобильные зонды (роверы) обследовали более обширные площади поверхности. Миссии по возвращению образцов позволяют ученым изучать внеземные поверхностные материалы на Земле без необходимости отправлять пилотируемую миссию, однако, как правило, это осуществимо только для объектов с низкой гравитацией и атмосферой.
История
Прошлые миссии
Первой исследованной внеземной планетной поверхностью стала поверхность Луны , исследованная станцией «Луна-2» в 1959 году. Первым и единственным исследованием человеком внеземной поверхности стала Луна; программа «Аполлон» включала первую прогулку по Луне 20 июля 1969 года и успешный возврат образцов внеземной поверхности на Землю. Venera 7 была первой станцией зонда, совершившей посадку на другую планету 15 декабря 1970 года. Mars 3 совершил «мягкую посадку» и передал данные с Марса 22 августа 1972 года, первым марсоходом на Марсе был Mars Pathfinder в 1997 году, Mars Exploration Rover изучает поверхность красной планеты с 2004 года. NEAR Shoemaker был первым, кто совершил мягкую посадку на астероид – 433 Eros в феврале 2001 года, а Hayabusa был первым, кто доставил образцы с 25143 Itokawa 13 июня 2010 года. Huygens совершил мягкую посадку и передал данные с Титана 14 января 2005 года.
Было много неудачных попыток, из которых совсем недавно вышел «Фобос-Грунт» — миссия по возвращению образцов, направленная на исследование поверхности Фобоса .
Поверхности объектов Солнечной системы, за исключением четырех планет-гигантов внешней части Солнечной системы , в основном твердые, и лишь немногие имеют жидкие поверхности.
Вулканизм может вызывать потоки, такие как лава, на поверхности геологически активных тел (крупнейшим из которых является поток Амирани (вулкан) на Ио). Многие из магматических пород Земли образовались в результате процессов, редких в других местах, таких как присутствие вулканической магмы и воды. Поверхностные минеральные отложения, такие как оливин и гематит, обнаруженные на Марсе луноходами, являются прямым доказательством существования в прошлом стабильной воды на поверхности Марса .
Все больше органических соединений обнаруживают на объектах по всей Солнечной системе. Хотя это вряд ли указывает на присутствие внеземной жизни, вся известная жизнь основана на этих соединениях. Сложные молекулы углерода могут образовываться посредством различных сложных химических взаимодействий или поставляться посредством столкновений с небольшими объектами Солнечной системы и могут объединяться, образуя «строительные блоки» жизни на основе углерода . Поскольку органические соединения часто являются летучими , их сохранение в твердом или жидком состоянии на поверхности планеты представляет научный интерес, поскольку это указывает на внутренний источник (например, из недр объекта) или остаток от больших количеств органического материала, сохранившегося благодаря особым обстоятельствам в течение геологических временных масштабов, или внешний источник (например, от прошлого или недавнего столкновения с другими объектами). [6] Радиация затрудняет обнаружение органического вещества, делая его обнаружение на безатмосферных объектах ближе к Солнцу чрезвычайно трудным. [7]
Исследование Марса, включая образцы, взятые наземными марсоходами, и спектроскопию с орбитальных спутников, выявило наличие ряда сложных органических молекул, некоторые из которых могут быть биосигнатурами в поисках жизни.
Ниже приведен неполный список поверхностных материалов, которые встречаются на более чем одной планетарной поверхности, а также их местоположения в порядке удаления от Солнца. Некоторые из них были обнаружены с помощью спектроскопии или прямой визуализации с орбиты или пролета.
Лавовые трубки , найденные на Венере, Земле, Луне и Марсе
Поверхность планет-гигантов
Обычно считается, что планеты-гиганты не имеют поверхности, хотя они могут иметь твердое ядро из камня или различных типов льда, или жидкое ядро из металлического водорода . Однако ядро, если оно существует, не включает в себя достаточно массы планеты, чтобы фактически считаться поверхностью. Некоторые ученые считают точку, в которой атмосферное давление равно 1 бару , что эквивалентно атмосферному давлению у поверхности Земли, поверхностью планеты[1], если планета не имеет четкого твердого рельефа. Поэтому расположение поверхности планет земной группы не зависит от атмосферного давления в 1 бар, даже если, например, Венера имеет толстую атмосферу с давлением на поверхности Венеры, значительно превышающим атмосферное давление Земли.
Некоторые поверхности планет Солнечной системы и их составы
Сухая, каменистая и ледяная поверхность планеты Марс (сфотографировано аппаратом Viking Lander 2 в мае 1979 г.) состоит из реголита, богатого оксидом железа.
Галечные равнины спутника Сатурна Титана (сфотографировано зондом Гюйгенс 14 января 2005 г.), состоящие из сильно сжатых состояний водяного льда. Это единственная наземная фотография внешней поверхности планеты Солнечной системы
Поверхность кометы Темпеля 1 (сфотографированная зондом Deep Impact ) состоит из тонкого порошка, содержащего воду и богатые углекислым газом глины, карбонаты, натрий и кристаллические силикаты.
^ Мейер, Чарльз; Трейман, Аллан Х.; Костюк, Теодор, ред. (12–13 мая 1995 г.). Семинар по планетарным поверхностным приборам (PDF) . Хьюстон, Техас: Институт Луны и Планет. стр. 3. Bibcode : 1996psi..work.....M . Получено 10.02.2012 .
^ "Planetary Surface Materials Haskin Research Group". Кафедра наук о Земле и планетах | Университет Вашингтона в Сент-Луисе. Архивировано из оригинала 10 марта 2014 г. Получено 10 февраля 2012 г.
^ McCord, TB; Hansen, GB; Buratti, BJ; Clark, RN; Cruikshank, DP; D'Aversa, E.; Griffith, CA; Baines, EKH; Brown, RH; Dalle Ore, CM ; Filacchione, G.; Formisano, V.; Hibbitts, CA; Jaumann, R.; Lunine, Jonathan I.; Nelson, RM; Sotin, C. (2006). "Состав поверхности Титана по данным Cassini VIMS". Planetary and Space Science . 54 (15): 1524–1539. Bibcode : 2006P&SS...54.1524M. doi : 10.1016/j.pss.2006.06.007.
^ Grundy, WM; Buie, MW; Spencer, JR (октябрь 2002 г.). «Спектроскопия Плутона и Тритона на 3–4 микронах: возможные доказательства широкого распространения нелетучих твердых веществ». The Astronomical Journal . 124 (4): 2273–2278. Bibcode : 2002AJ....124.2273G. doi : 10.1086/342933 .
^ Barucci, MA; Cruikshank, DP; Dotto, E.; Merlin, F.; Poulet, F.; Dalle Ore, C. ; Fornasier, S.; De Bergh, C. (2005). "Is Sedna another Triton?". Астрономия и астрофизика . 439 (2): L1–L4. Bibcode :2005A&A...439L...1B. doi : 10.1051/0004-6361:200500144 .
^ Boehnhardt, H.; et al. (2004). "Характеристика поверхности 28978 Ixion (2001 KX76)". Astronomy and Astrophysics Letters . 415 (2): L21–L25. Bibcode :2004A&A...415L..21B. doi : 10.1051/0004-6361:20040005 .
^ де Берг, К. (2005). «Поверхность транснептунового объекта 9048 Оркус». Астрономия и астрофизика . 437 (3): 1115–20. Bibcode :2005A&A...437.1115D. doi : 10.1051/0004-6361:20042533 .
^ Омар, МХ; Докупил, З. (май 1962). «Растворимость азота и кислорода в жидком водороде при температурах от 27 до 33 К». Physica . 28 (5): 461–471. Bibcode :1962Phy....28..461O. doi :10.1016/0031-8914(62)90033-2.
^ Ривкин, Эндрю С.; Эмери, Джошуа П. (2010). «Обнаружение льда и органических веществ на поверхности астероида». Nature . 464 (7293): 1322–1323. Bibcode :2010Natur.464.1322R. doi :10.1038/nature09028. PMID 20428165. S2CID 4368093.(версия PDF доступна 28 февраля 2018 г.).
^ Voosen, Paul (2018). «Марсоход NASA находит органическую добычу на Марсе». Science . doi :10.1126/science.aau3992. S2CID 115442477.
^ Мукбаниани, ОВ; Анели, ДЖН; Маркарашвили, ЭГ; Тарасашвили, МВ; Алексидзе, НД (2015). «Полимерные композиты на основе марсианского грунта для строительства будущих марсианских станций». Международный журнал астробиологии . 15 (2): 155–160. doi :10.1017/S1473550415000270. ISSN 1473-5504. S2CID 123421464.
^ ab Eigenbrode, Jennifer L.; Summons, Roger E.; Steele, Andrew; Freissinet, Caroline; Millan, Maëva; Navarro-González, Rafael; Sutter, Brad; McAdam, Amy C.; Franz, Heather B.; Glavin, Daniel P.; Archer, Paul D.; Mahaffy, Paul R.; Conrad, Pamela G.; Hurowitz, Joel A.; Grotzinger, John P.; Gupta, Sanjeev; Ming, Doug W.; Sumner, Dawn Y.; Szopa, Cyril; Malespin, Charles; Buch, Arnaud; Coll, Patrice (2018). "Органическое вещество, сохранившееся в 3-миллиарднолетних аргиллитах в кратере Гейла, Марс" (PDF) . Наука . 360 (6393): 1096–1101. Bibcode : 2018Sci...360.1096E. doi : 10.1126/science.aas9185 . ISSN 0036-8075. PMID 29880683. S2CID 46983230.
^ Vu, Tuan H; Hodyss, Robert; Johnson, Paul V; Choukroun, Mathieu (2017). «Преимущественное образование солей натрия из замороженных рассолов натрий-аммоний-хлорид-карбонат – последствия для ярких пятен Цереры». Planetary and Space Science . 141 : 73–77. Bibcode :2017P&SS..141...73V. doi :10.1016/j.pss.2017.04.014.
^ МакКорд, Томас Б.; Замбон, Франческа (2018). «Состав поверхности Цереры из миссии Dawn». Icarus . 318 : 2–13. Bibcode :2019Icar..318....2M. doi :10.1016/j.icarus.2018.03.004. S2CID 125115208.
^ Де Санктис, MC; Амманнито, Э.; Максуин, штат Хайю; Рапони, А.; Марчи, С.; Капаччиони, Ф.; Каприя, Монтана; Карроццо, ФГ; Чиарниелло, М.; Фонте, С.; Формизано, М.; Фригери, А.; Джардино, М.; Лонгобардо, А.; Магни, Г.; Макфадден, Луизиана; Паломба, Э.; Питерс, CM; Тоси, Ф.; Замбон, Ф.; Раймонд, Калифорния; Рассел, Коннектикут (2017). «Локализованный алифатический органический материал на поверхности Цереры». Наука . 355 (6326): 719–722. Бибкод : 2017Sci...355..719D. doi : 10.1126/science.aaj2305. PMID 28209893. S2CID 16758552.
^ ab Khawaja, N; Postberg, F; Hillier, J; Klenner, F; Kempf, S; Nölle, L; Reviol, R; Zou, Z; Srama, R (2019). «Низкомассовые азотсодержащие, кислородсодержащие и ароматические соединения в ледяных зернах Энцелада». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 489 (4): 5231–5243. Bibcode : 2019MNRAS.489.5231K. doi : 10.1093/mnras/stz2280 . ISSN 0035-8711.
^ Джорданс, Фрэнк (30 июля 2015 г.). «Зонд Philae находит доказательства того, что кометы могут быть космическими лабораториями». The Washington Post . Associated Press. Архивировано из оригинала 23 декабря 2018 г. Получено 30 июля 2015 г.
^ "Наука на поверхности кометы". Европейское космическое агентство. 30 июля 2015 г. Получено 30 июля 2015 г.
^ Bibring, J.-P.; Taylor, MGGT; Alexander, C.; Auster, U.; Biele, J.; Finzi, A. Ercoli; Goesmann, F.; Klingehoefer, G.; Kofman, W.; Mottola, S.; Seidenstiker, KJ; Spohn, T.; Wright, I. (31 июля 2015 г.). «Philae's First Days on the Comet – Introduction to Special Issue». Science . 349 (6247): 493. Bibcode :2015Sci...349..493B. doi : 10.1126/science.aac5116 . PMID 26228139.
↑ Уильямс, Дэвид Р. (10 декабря 2012 г.). «Лед на Луне». НАСА.
^ Чой, Чарльз К. (15 декабря 2016 г.) Водяной лед, найденный на карликовой планете Церера, скрытый в постоянной тени. Space.com]
^ Московиц, Клара (28.04.2010). «Водяной лед впервые обнаружен на астероиде». Space.com . Получено 20.08.2018 .
^ "Европа: Другой водный мир?". Проект Галилео: Луны и кольца Юпитера . NASA , Лаборатория реактивного движения. 2001. Архивировано из оригинала 21 июля 2011 года . Получено 9 августа 2007 года .
^ МакКиннон, Уильям Б.; Кирк, Рэндольф Л. (2007). «Тритон». В Люси Энн Адамс Макфадден; Люси-Энн Адамс; Пол Роберт Вайсман; Торренс В. Джонсон (ред.). Энциклопедия Солнечной системы (2-е изд.). Амстердам; Бостон: Academic Press. стр. 483–502. ISBN978-0-12-088589-3.
^ Ланжевен, Y (1997). «Реголит Меркурия: современные знания и последствия для миссии Mercury Orbiter». Планетная и космическая наука . 45 (1): 31–37. Bibcode : 1997P&SS...45...31L. doi : 10.1016/s0032-0633(96)00098-0.
^ Скотт, Кит; Пейн, Колин (18 августа 2009 г.). Regolith Science. Csiro Publishing. стр. 390–. ISBN978-0-643-09996-8.
^ "Поток азотного льда, обнаруженный на поверхности Плутона после пролета New Horizons". ABC . 25 июля 2015 г. Получено 6 октября 2015 г.
^ Маккиннон, Уильям Б.; Кирк, Рэндольф Л. (2014). «Тритон». В Spohn, Tilman; Breuer, Doris; Johnson, Torrence (ред.). Энциклопедия Солнечной системы (3-е изд.). Амстердам; Бостон: Elsevier . стр. 861–82. ISBN978-0-12-416034-7.
^ Yang, Bin; Lucey, Paul; Glotch, Timothy (2013). «Являются ли крупные троянские астероиды солеными? Наблюдательное, теоретическое и экспериментальное исследование». Icarus . 223 (1): 359–366. arXiv : 1211.3099 . Bibcode :2013Icar..223..359Y. CiteSeerX 10.1.1.763.9669 . doi :10.1016/j.icarus.2012.11.025. S2CID 53323934.
^ Дезиэль, Крис (25 апреля 2017 г.). «Соль на других планетах». Наука.
^ Глины на Марсе: больше, чем ожидалось. Science Daily . 20 декабря 2012 г.
^ Ривкин, А.С.; Волквардсен, Э.Л.; Кларк, Б.Э. (2006). «Состав поверхности Цереры: открытие карбонатов и богатых железом глин» (PDF) . Icarus . 185 (2): 563–567. Bibcode : 2006Icar..185..563R. doi : 10.1016/j.icarus.2006.08.022.
^ Napier, WM; Wickramasinghe, JT; Wickramasinghe, NC (2007). «Происхождение жизни в кометах». Международный журнал астробиологии . 6 (4): 321. Bibcode : 2007IJAsB...6..321N. doi : 10.1017/S1473550407003941. S2CID 121008660.
^ «Похожие на глину минералы обнаружены на ледяной коре Европы». JPL, NASA.gov. 11 декабря 2013 г.
^ Boynton, WV; Ming, DW; Kounaves, SP; et al. (2009). «Доказательства наличия карбоната кальция на месте посадки марсианского аппарата Phoenix» (PDF) . Science . 325 (5936): 61–64. Bibcode :2009Sci...325...61B. doi :10.1126/science.1172768. PMID 19574384. S2CID 26740165.
^ Кларк, Б. К.; Арвидсон, Р. Э.; Геллерт, Р.; и др. (2007). «Доказательства наличия монтмориллонита или его составного эквивалента в Колумбийских холмах, Марс» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 112 (E6): E06S01. Bibcode :2007JGRE..112.6S01C. doi : 10.1029/2006JE002756 . hdl :1893/17119.
^ Ландау, Элизабет; Грейсиус, Тони (29 июня 2016 г.). «Недавняя гидротермальная активность может объяснить самую яркую область Цереры». NASA . Получено 30 июня 2016 г.
^ Левин, Сара (29 июня 2016 г.). «Ошибочная идентификация: таинственные яркие пятна Цереры — это вовсе не соль Эпсома». Space.com . Получено 30 июня 2016 г.
^ De Sanctis, MC; et al. (29 июня 2016 г.). «Яркие карбонатные отложения как свидетельство водных изменений на (1) Церере». Nature . 536 (7614): 54–57. Bibcode :2016Natur.536...54D. doi :10.1038/nature18290. PMID 27362221. S2CID 4465999.
^ Kounaves, SP; et al. (2014). «Доказательства наличия марсианского перхлората, хлората и нитрата в марсианском метеорите EETA79001: последствия для окислителей и органических веществ». Icarus . 229 : 169. Bibcode :2014Icar..229..206K. doi :10.1016/j.icarus.2013.11.012.
^ abc Grundy, WM; Young, LA; Spencer, JR; Johnson, RE; Young, EF; Buie, MW (октябрь 2006 г.). «Распределение льдов H 2 O и CO 2 на Ариэле, Умбриэле, Титании и Обероне по наблюдениям IRTF/SpeX». Icarus . 184 (2): 543–555. arXiv : 0704.1525 . Bibcode :2006Icar..184..543G. doi :10.1016/j.icarus.2006.04.016. S2CID 12105236.
^ ab Jones, Brant M.; Kaiser, Ralf I.; Strazzulla, Giovanni (2014). "Углекислота как резерв углекислого газа на ледяных лунах: образование углекислого газа (CO2) в полярной среде". The Astrophysical Journal . 788 (2): 170. Bibcode :2014ApJ...788..170J. doi : 10.1088/0004-637X/788/2/170 . S2CID 51069998.
^ Lellouch, E.; de Bergh, C.; Sicardy, B.; Ferron, S.; Käufl, H.-U. (2010). "Обнаружение CO в атмосфере Тритона и природа взаимодействия поверхности и атмосферы". Astronomy and Astrophysics . 512 : L8. arXiv : 1003.2866 . Bibcode :2010A&A...512L...8L. doi :10.1051/0004-6361/201014339. S2CID 58889896.
^ Гипсон, Лиллиан (24 июля 2015 г.). «New Horizons обнаруживает текучие льды на Плутоне». NASA . Получено 24 июля 2015 г. .