导读 《今日宇宙》探讨了研究撞击坑、行星表面、系外行星、天体生物学、太阳物理学、彗星和行星大气的重要性，以及这些有趣的科学学科如何帮助科...

《今日宇宙》探讨了研究撞击坑、行星表面、系外行星、天体生物学、太阳物理学、彗星和行星大气的重要性，以及这些有趣的科学学科如何帮助科学家和公众更好地了解我们如何追求地球以外的生命。

在这里，我们将向内审视并研究行星地球物理学在帮助科学家更深入地了解太阳系及太阳系之外所发挥的作用，包括好处和挑战、寻找地球以外的生命，以及即将到来的学生如何继续研究行星地球物理学。那么，什么是行星地球物理学以及为什么研究它如此重要?

“行星地球物理学是研究行星及其内容物如何随着时间的推移而表现和演化的，”蓝色大理石空间科学研究所的附属研究科学家马歇尔·斯蒂辛斯基博士告诉《今日宇宙》。“它本质上是对下面是什么的研究，重点关注我们看不到的东西以及它与我们能看到和测量的东西之间的关系。大多数行星(包括地球!)都隐藏在视线之外——地球物理学是我们了解的方式我们挖到的最深处以下地球上的一切!”

顾名思义，地球物理学是一门了解地球和其他行星体地质过程背后的物理学的学科，重点是内部地质过程。这对于差异化的行星体特别有用，这意味着它们具有多个内层，这些内层是由较重的元素沉入中心而较轻的元素仍然靠近表面而形成的。

例如，地球被分为地壳、地幔和地核，每一层都有自己的子层，了解这些内部过程可以帮助科学家拼凑出数十亿年前地球的样子，甚至做出关于地球的预测。遥远的未来的地球环境。

这些内部过程驱动着表面过程，包括火山作用和板块构造，这两者分别负责维持地球的温度和回收材料。那么，研究行星地球物理学有哪些好处和挑战呢?

Styczinski博士告诉《今日宇宙》，“地球物理学为我们提供了确定行星体(行星、卫星、小行星等)可见表面下存在什么的工具。这是我们了解我们看不到的东西的唯一方法!了解行星内部有什么，以及在什么条件下，例如每层有多少压力和热量，可以帮助我们建立行星的历史，并了解它将如何随着时间的推移而继续变化。”

相比之下，Styczinski博士也向《今日宇宙》强调了所面临的挑战，指出即使使用世界上最先进的实验室，也很难重现数百万年来发生的地质条件，因为它们在很长一段时间内的缓慢运动。此外，他指出，有时需要粒子加速器来重现气态巨行星内的极端条件，这些条件也是有区别的，尽管有气体和液体层，而不是岩石。

但地球并不是太阳系中唯一表现出分化的岩石世界，所有四颗岩石行星(水星、金星、地球和火星)都表现出某种形式的内部分层，这种分层已经发生了数十亿年，尽管由于尺度较小，到他们的尺寸。除了行星之外，太阳系中的许多岩石卫星也表现出分化，包括木星的伽利略卫星、木卫一、木卫二、木卫三和木卫四，以及土星的几颗卫星，包括土卫六、土卫二和土卫二。

在这些卫星中，木卫二、土卫六和土卫二目前是天体生物学家的目标，因为木卫二和土卫二已被证实拥有内部液态水海洋，土卫六也提供了强有力的证据。此外，土卫六是唯一拥有稠密大气层的卫星，与地球一样，它可能有内部地球物理驱动。但是行星地球物理学可以告诉我们什么关于寻找地球以外的生命呢?

“我们通过对火星的研究了解到，据我们所知，行星表面可能非常不适合生命存在，”斯蒂琴斯基博士告诉《今日宇宙》。“如果我们能够在太阳系的其他地方找到不是我们自己带到那里的生命，它很可能会在地表之下被发现，在那里它可以免受地表恶劣环境的影响。地球物理学为我们提供了意味着计划深入地下探险，也是寻找冰冷卫星上看不见的液态水的唯一方法。这些是我们所知寻找地球以外生命的最佳地点。”

正如我们所知，火星表面不适合生命生存的原因是它缺乏厚厚的大气层，而大气层阻止了太阳风中的太阳带电粒子到达行星表面。虽然火星曾经拥有强大的磁场，但斯蒂琴斯基博士向《今日宇宙》指出，“一些研究人员认为磁场实际上可以剥夺大气层”，同时很快指出这“是一个激烈争论的话题”。火星曾经拥有较厚的大气层，但数十亿年来，随着这颗红色星球内部的冷却，大气层连同磁场一起消失了。

除了我们的太阳系之外，斯蒂琴斯基博士告诉《今日宇宙》，行星地球物理学在帮助科学家更好地了解系外行星，特别是像我们这样的多行星系统方面也做得非常出色。虽然尚未对系外行星表面进行成像，但更好地了解太阳系内行星体的地球物理过程有助于科学家深入了解这些相同的过程如何发生在整个宇宙的行星上，包括磁场。

行星的磁场是由其外核中发生的内部过程驱动的，对于地球来说，外核由搅拌的液态金属流体组成，而内核是由压缩金属制成的实心球。当外核的流体搅拌和循环时，它会产生电流，产生巨大的磁场，将我们小小的蓝色世界包裹在一个保护气泡中，免受有害太空天气的影响。

地球磁场将带电粒子捕获在附近太空辐射带中。在来自太阳的磁暴期间，可以看到磁场保护地球的方式，此时磁层会相应地弯曲和弯曲，将粒子从这些辐射带发送到靠近北纬和南纬高地区的表面。在那里，它们与地球大气层相互作用，产生阿拉斯加、北欧国家和南极洲经常观察到的令人惊叹的极光。

然而，虽然地球的磁场令人印象深刻，但太阳系中最大的行星木星同样拥有最大的磁场，它的“尾巴”一直延伸到土星轨道，即大约4亿英里。此外，木星、土星、天王星和海王星等气态行星上负责产生磁场的内部过程可能与地球上截然不同。因此，考虑到所有这些变量和过程，Styczinski博士在其职业生涯中研究的行星地球物理学最令人兴奋的方面是什么?

“我发现行星地球物理学中最令人兴奋的部分是利用不可见的磁场来感知地下海洋，”斯蒂琴斯基博士告诉《今日宇宙》。“当我真正思考它时，我仍然对这一切的运作方式感到震惊。咸海水部分反映了它们从母行星暴露在外的磁场，例如木星及其卫星欧罗巴。我们将这些测量值与实验室一起使用“我们在这里进行地球和地球物理学研究，以了解木卫二内部的物质层，从而弄清楚海洋的特性。这个过程的运作效果仍然让我震惊。”

与大多数科学领域一样，行星地球物理学涵盖了无数的科学学科和背景，其目标是通过不断的合作和创新来回答宇宙最棘手的问题。地球物理学是地质学和物理学的结合，但也结合了数学、化学、大气科学、学、矿物学和许多其他学科，其目标是更好地了解地球和太阳系内外其他行星体的内部过程。那么，Styczinski博士能为那些希望继续学习行星地球物理学的即将入学的学生提供哪些建议呢?

“进入地球物理学的途径有很多，需要研究的事物也有很多不同的方法，”斯蒂琴斯基博士告诉《今日宇宙》。“你过去的学习不必专门针对地球物理学，甚至根本不需要涉及地质学。也许你能采取的最有效的举措就是寻求帮助，尤其是向研究你感兴趣的主题的人寻求帮助。计算机编程技能是无价的。我建议学习Python——它是免费的，并且在整个科学领域广泛使用。有很多可用的教程，而且都是免费的。虽然并非所有地球物理学都需要大量编程，但我认为所有地球物理学家都会从拥有这些技能中受益。