數十年來，大量精彩的天文學研究發現和成果不斷湧現，它們不但揭開很多讓我們困惑已久的謎題，也不斷地提醒我們科學研究的重要性和必要性，比如研究撞擊坑、行星表面、系外行星、天體生物學、太陽物理學、彗星和行星大氣的重要性，以及這些有趣的科學學科如何幫助科學家和公衆更好地了解我們是如何追求地外生命的。

在這裏，我們將深入研究行星地球物理，在幫助科學家更深入地了解太陽系和太陽系以外的方面所發揮的作用，包括好處和挑戰，尋找地球以外的生命，以及即將到來的學生如何繼續學習行星地球物理。那麽，什麽是行星地球物理學？爲什麽研究它如此重要？

藍色大理石空間科學研究所的附屬研究科學家馬歇爾·斯蒂辛斯基（Marshall Styczinski）博士表示：“行星地球物理學是研究行星及其內容物如何隨著時間的推移而表現和演變的。它本質上是對下面的研究，關注我們看不到的東西，以及它與我們可以看到和測量的東西之間的關系。大多數行星（包括地球）都隱藏在我們的視線之外 —— 地球物理學是我們如何在我們挖到的最深的地方了解地球的一切！”

顧名思義，地球物理學是一門了解地球和其他行星上地質過程背後的物理學的研究，重點是內部地質過程。這對于分化的行星體特別有用，這意味著它們有幾個內層，這是由于較重的元素下沉到中心，而較輕的元素保持在離表面更近的位置。

例如，地球被分爲地殼、地幔和地核，每一個都有自己的子層，了解這些內部過程有助于科學家拼湊出數十億年前地球的樣子，甚至可以預測遙遠未來的地球環境。這些內部過程驅動了表面過程，包括火山活動和板塊構造，這兩者分別負責維持地球的溫度和物質的循環。那麽，研究行星地球物理學的好處和挑戰是什麽呢？

馬歇爾·斯蒂辛斯基博士指出：“地球物理學爲我們提供了確定行星（行星、衛星、小行星等）可見表面下存在什麽的工具。這是我們了解我們看不見的東西的唯一方法！找出一顆行星的內部是什麽，在什麽條件下，比如每一層有多少壓力和熱量，有助于我們建立這顆行星的曆史，並知道它將如何隨著時間的推移而繼續變化。”

相比之下，斯蒂辛斯基博士也強調了其中的挑戰，他認爲，即使是世界上最先進的實驗室，也很難重現數百萬年來發生的地質條件，因爲它們在很長一段時間內緩慢移動。此外，他指出，有時需要粒子加速器來重現氣態巨行星內部的極端條件，氣態巨行星也有區別，盡管有氣體層和液體層，而不是岩石層。

但是，地球並不是太陽系中唯一表現出分化的岩石世界，因爲所有四顆岩石行星（水星、金星、地球和火星）都表現出某種形式的內部分層，這種分層發生在數十億年前，盡管由于它們的大小規模較小。除了行星，整個太陽系的許多岩石衛星也表現出差異，包括木星的伽利略衛星、木衛一、木衛二、木衛三和木衛四，以及土星的幾個衛星，包括土衛六、土衛二和土衛一。在這些衛星中，木衛二、土衛六和土衛二目前是天體生物學家的目標，因爲木衛二和土衛二已經被證實擁有內部液態水海洋，而土衛六也提供了強有力的證據。此外，土衛六是唯一一顆擁有稠密大氣層的衛星，像地球一樣，它可能有內部地球物理的驅動。但是，行星地球物理學在尋找地球外生命方面能教給我們什麽呢？

斯蒂辛斯基博士表示：“我們從對火星的研究中了解到，正如我們所知，行星表面可能對生命非常不利。如果我們能夠在太陽系的其他地方，找到不是我們自己帶到那裏的生命，那麽它可能會在地表下被發現，在那裏它可以免受地表惡劣環境的影響。地球物理學爲我們提供了計劃地下探險的手段，也是在冰冷的衛星上尋找隱藏的液態水的唯一方法。這些是我們所知道的尋找地球以外生命的最佳地點。”

我們所知道的火星表面不適合生命的原因是它缺乏厚厚的大氣層，而厚厚的大氣層是阻止太陽風中的太陽帶電粒子到達行星表面的原因。雖然火星曾經擁有強大的磁場，但斯蒂辛斯基博士指出，“一些研究人員認爲磁場實際上可以剝離大氣層”，同時指出，這“是一個激烈爭論的話題”。火星曾經有一個更厚的大氣層，在數十億年的時間裏，隨著這顆紅色星球內部的冷卻，大氣層和磁場一起消失了。

除了我們的太陽系，斯蒂辛斯基博士認爲，行星地球物理學在幫助科學家更好地了解系外行星，特別是像我們這樣的多行星系統方面也做得很好。雖然還沒有對系外行星表面進行成像，但更好地了解太陽系內行星體的地球物理過程，有助于科學家深入了解這些過程如何在整個宇宙的行星上發生，包括磁場。

行星的磁場是由發生在其外核的內部過程驅動的，對地球來說，外核是由攪動的液態金屬流體組成的，而內核是一個由壓縮金屬組成的實心球。當這個外核的流體攪動和循環時，它産生了電流，産生了巨大的磁場，將我們這個小小的藍色世界包裹在一個氣泡中，保護我們免受有害的太空天氣的影響。地球磁場將帶電粒子困在附近太空的輻射帶中。磁場保護地球的方式可以在來自太陽的磁暴中看到，當磁層彎曲和屈伸時，將粒子從這些輻射帶發送到接近北緯和南緯高緯度地區的地表。在那裏，它們與地球的大氣相互作用，産生了在阿拉斯加、北歐國家和南極洲經常能看到的令人驚歎的極光。

然而，雖然地球的磁場令人印象深刻，但太陽系中最大的行星木星也同樣擁有最大的磁場，它的“尾巴”延伸到土星的軌道上，大約4億英裏。此外，木星、土星、天王星和海王星等氣態行星産生磁場的內部過程可能與地球截然不同。因此，考慮到所有這些變量和過程，對于斯蒂辛斯基博士而言，在其職業生涯中研究過的行星地球物理學中，最令人興奮的方面是什麽呢？

斯蒂辛斯基博士表示：“我發現，行星地球物理學中最令人興奮的部分，是使用不可見的磁場來探測地下海洋。當我認真思考它的時候，我仍然被它的運作方式所震撼。鹹鹹的海水部分地反射出它們暴露在母行星上的磁場，比如木星和它的衛星木衛二。我們利用這些測量數據，以及地球上的實驗室研究和地球物理學來了解木衛二內部的物質層，從而計算出海洋的特性。這個過程的效果如此之好，這仍然讓我感到驚訝。”

像大多數科學領域一樣，行星地球物理學涵蓋了無數的科學學科和背景，其目標是通過不斷的合作和創新來回答宇宙中最棘手的問題。地球物理學是地質學和物理學的結合，但也結合了數學、化學、大氣科學、地震學、礦物學和許多其他學科，目的是更好地了解地球和太陽系內外其他行星體的內部過程。因此，對于那些想要學習行星地球物理學的學生，斯蒂辛斯基博士有什麽建議呢？

“進入地球物理學有很多途徑，有很多不同的東西需要研究，也有很多不同的研究方法，”斯蒂辛斯基博士指出。“你過去的研究不需要特定于地球物理學，甚至不需要涉及地質學。也許你能做的最有成效的舉動就是尋求幫助，尤其是向研究你感興趣的話題的人尋求幫助。計算機編程技能是無價的。我推薦學習python —— 它是免費的，並且在科學領域被廣泛使用。有許多教程可用，也是免費的。雖然不是所有的地球物理學都需要大量的編程，但我認爲，所有的地球物理學家都將從這些技能中受益。”

在接下來的幾年和幾十年裏，行星地球物理學將如何幫助我們更好地了解我們在宇宙中的位置？只有時間才能證明一切，這就是我們要科學的原因！

一如既往，繼續做科學，繼續向上看！

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