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2025-03-06 19:40:00
火星、ヨーロッパ、地球の3つの異なる世界の表面亀裂パターン
地球上で泥布が崩れたり、木星の月（ヨーロッパ）の1つに氷床が破壊されたり、火星の古代の湖底が壊れたりすると、これらの骨折は隠された幾何学的なスクリプトに従いますか？別の惑星の同様のパターンは、かつてそこに水が存在し、おそらく生命を維持していることを示唆しているのでしょうか？
ほとんどの場合、これらの質問は怠idleな好奇心ですが、ペンシルベニア大学の地球物理学者のダグラス・ジェロマックとブダペスト工科大学の数学者ガーバー・ドモコスにとって、彼らは太陽系全体の遠い惑星の表面を解読する鍵を握っています。
国立科学アカデミーの議事録に掲載された彼らの最新の研究は、惑星の体骨折がランダムな事故ではなく、彼らの発見が他の世界の潜在的に居住可能な環境を検出する洞察を提供できることを示唆しています。
「ワイルドなのは、自然が非常に異なる環境で同じパターンを支持し続けていることです」と、エドマンドJ.、ルイーズW.カーンが地球と環境科学の教授を寄付したジェロルマックは言います。 「私たちはある程度の一貫性を期待していましたが、惑星表面が氷、岩、泥であっても、予測可能な亀裂幾何学に自分自身を組織する程度は驚くべきことでした。これらのパターンは、特定の惑星の癖だけでなく、基本的なものであることを示唆しています。」
（上から下）3つの異なる世界の表面亀裂パターン：火星、ヨーロッパ、地球は、大きく異なる環境条件下で骨折がどのように形成されるかを明らかにします。ペン地球物理学者のダグラス・ジェロマックと長年の協力者であるガーバー・ドモコスは、地球上の骨折パターンを理解するために開発した数学的枠組みを使用して、太陽系全体の2次元骨折ネットワークを調査しました。彼らの調査結果は、他の惑星で潜在的に居住可能な環境を検出することに関する洞察を提供する可能性があります。–ペンシルベニア大学
彼らの洞察は、かつて地球自体がキューブのようなユニットで構成されていると宣言していた古代ギリシャの哲学者プラトンによる予測を確認した以前の仕事に基づいています。その論文で、彼らは、「驚くべきことに、生成された数千の断片を撮影し、数を測定すると、顔と角と角と縁の数を数えると、それから地獄を平均的に数えます」とジェロルマックは言います。
しかし、彼らのより最近の研究は、個々の断片の形ではなく、惑星体の薄い殻の亀裂のパターンを調べ、惑星表面の2次元骨折ネットワークに焦点を当てています。
「私たちは今ここにある他の惑星でパターンを説明したかったのです。問題は、それらがどのように進化したかを見ることができないからです」とドモコスは言います。 「私たちはそこにいませんでした。そして、私たちは時間をさかのぼることができません。」
挑戦は、彼らが動く絵の単一のフレーム、つまり惑星表面の亀裂パターンの現在の状態の凍ったスナップショットで作業しているということです。これらのネットワークを作成した力はもはや直接観察できず、骨折は未知の未来の状態に向かって進化している可能性があります。
「しかし、このスナップショットから、映画のプロット全体を外挿することができたらどうでしょう？」ドモコスは尋ねます。
亀裂のコードを割る
この質問に答えるために、博士号、ソフィー・シルバーJerolmackの研究室の候補者は、最初に太陽系全体の惑星体の画像を調べて、自然が特定の幾何学的パターンに好みがあるかどうかを確認することから始めました。
「私は惑星表面の衛星画像の束を見て、それらを地球上のラボの実験と地質層と比較し、亀裂ネットワークの異なる「指紋」または幾何学的な署名を把握しようとしました」とシルバーは言います。
そのアプローチの中には、3種類の亀裂ジャンクションの相対的な割合を分析する単純な分類システムがあります：t’s、x、y’s。
「Tは一種のレンガの壁のような層を引き受けます。彼らは最も一般的で、最も退屈です – 私たちはそれらを地球上、宇宙であちこちに見ます – そして、それらは繰り返しの破損によって形成される階層骨折ネットワークに関連しています」とシルバーは言います。
これらの写真は、火星の表面亀裂（一番上の列）、木星の月ヨーロッパの氷の皮（左下）、地球上の陸生類似物（中央と右下）を強調しています。各環境は温度、材料の組成、およびスケールが大きく異なりますが、同様の骨折パターンが出現し、これらの惑星表面を形作る地質学的力についての手がかりを提供します。 （画像：Sophie SilverとKrisztinaRegősの厚意により）
ただし、Xが支配するネットワークはまれであり、氷にのみ表示されます。 「これまでのところ、地球を除いて、私たちは木星の4つの最大の月の中で最も小さいヨーロッパでXを見つけました」と彼女は言います。これらのパターンは、亀裂の治癒とオーバープリントを示しています。骨折が密閉されている場合（多くの場合、水を凍結することによって）、癒しのある領域を通って新しい亀裂を伝播し、古い亀裂を交差させてX形を作成します。
一方、ハニカムのようなパターンを形成するyジャンクションは、泥の湿潤サイクルや氷の熱温度シフト中に見られるような繰り返しの膨張と収縮から、接合部として始まります。
惑星表面の進化のモデリング
数学者クリスティナ・レグス、博士号ブダペスト工科大学経済学の候補者は、骨折ネットワークを進化するモザイクとして扱うことにより、アドバイザードモコスと数学者のペーターバリントで数学的枠組みを洗練しました。
物理的なプロセスとそれらが形成するパターンとの間のこのギャップを埋めるのに役立ちました。数学者が動的システム理論と呼ぶものの発達につながりました。
「亀裂がどのように形成され、変化するかを管理する規則を理解した場合、「テープを巻き戻す」ことができ、映画の欠落しているフレームを再構築できます」とDomokosは言います。 「数千年にわたって惑星表面の実際のタイムラプス映像があった場合、私たちはただ見て学ぶことができました。しかし、そうではないので、宇宙から時間を抽出できる数学モデルを作成する必要がありました。」
Regősのモデルは、象徴的な平面に破壊パターンをマッピングします。これは、亀裂ネットワークの進化を時間の経過とともに追跡できる抽象的な数学空間です。骨折モザイクの平均幾何特性、具体的にはt、x、y接合の割合を分析し、これらのクラスター内のこれらのクラスターがどのように直接観察されていない場合でも、これらのネットワークがどのように開発されたかを推測する方法を観察することにより。
「惑星の表面の映画は何年もひび割れてシフトしていません」とドノコスは言います。骨折と変化のルールを組み込んだ動的モデルを使用することにより、亀裂ネットワークがどのように開始され、どのように終了するかを予測することにより、進化を示すことにかなり近づくことができます。」
左上のグラフでは、これらのプロットは、複数の惑星と月の骨折ネットワーク（赤で1〜9）、金星（緑色の数字10〜13）、ヨーロッパ（青で14〜15）、地球（黒の16〜18号）、「細胞程度」（垂直軸」（垂直軸」（皮膚軸）に分類されます。右上のグラフでは、惑星からのネットワークは、t-、x、およびy字型の亀裂接合部の相対的な割合にプロットされています。数字の各データポイントの下の画像は、亀裂の実際の例を示しており、非常に異なる惑星条件の下で類似の破壊パターンがどのように発生するかを明らかにしています。 （画像：Sophie SilverとKrisztinaRegősの厚意により）
先を見ています
「このプロジェクトは、亀裂ネットワークのばかげた単純な幾何学的分類から始まりました」とジェロルマックは言います。 「動的システム理論は、不条理に単純な幾何学的ルールにひび割れするためのさまざまなメカニズムを蒸留しました。骨折パターンとプロセスのおもちゃの宇宙を作成しました。驚いたことに、実際の宇宙はこのモデルに満足しているようです。しかし、これをもっとテストする必要があります。」
シルバーは現在、制御された条件下で惑星のひび割れプロセスを再現するように設計された実験を実行しています。特に、火星の泥の亀裂とヨーロッパのひび割れの氷をシミュレートしています。これらの実験により、研究者はクラックネットワークの映画を真に視聴することができ、チームは動的亀裂モデルの強力なテストを実行できるようになります。
「実験からこれらの結果を提示することと、モデルがどれほどうまく植え付けられているかを提示すると、より多くの人々に影響を与えて、この方法を惑星表面、地球表面、さらには実験室の設定に実装することを期待しています」とシルバーは言います。
「私は理想的には、複数の異なる分野の複数の人々によって広く再現され、使用されているこの方法論を見たいと思っています。たとえば、誰かが「ああ、この場所にはたくさんのヘキサゴンがあります。たぶんそれが濡れて乾燥していることを意味し、プローブを起動すると考えていたのです。」
また、今後20〜30年間、他の惑星のフィールドから実際の映画を持っているわけではありませんが、宇宙ミッションの静的画像を使用してツールとフレームワークを作成し続けて、各惑星に何が起こるかについて推論することを計画しています。
「この惑星間プロジェクトに取り組む絶好の機会でした」とRegősは言います。
チームは、2030年に木星に到着する予定のNASAのヨーロッパクリッパーと、すでに木星のムーンに向かう途中の氷で覆われた世界の高解像度のイメージを提供するため、新しい機会を提供する新しい機会を提供するため、ジュピターのムーンズエクスプローラー（ジュース）の到着を熱心に予想しています。
「私たちはこの理論構造を構築しましたが、これらの惑星表面の新鮮で高解像度の画像を手に入れると、実際のテストが行われます」とジェロルマックは言います。 「今後のミッションのより詳細なデータを使用すると、モデルを改良し、その予測力をテストし、過去の水活動の証拠を探す必要がある場所を特定することさえできます。」
木星の月ヨーロッパの世界的な景色は、木星からの潮の力によって氷に刻まれた長い曲がりくねった線を表示します。これらの亀裂は、ヨーロッパの凍った貝殻の下での動的な活動を示唆しており、月の潜在的に居住可能な地下の海についての手がかりを提供する可能性があります。 （画像：NASA/JPL-Caltech提供
チームはまた、火星とヨーロッパの氷の皮の古代の湖の層を研究している惑星地質学者と協力して、その方法を使用して、これらの景観の環境条件についてより正確な推論を行うことを望んでいます。
ダグラス・ジェロマックは、芸術科学科学部およびペンシルベニア大学の工学および応用科学学部の機械工学および応用力学科の地球環境科学科の教授です。
GáborDomokosは、ブダペスト工科大学のHun-Ren-BME形態力学研究グループの教授兼ディレクターです。
ソフィーシルバーは博士号です。ペンアーツアンドサイエンスの候補者。
KrisztinaRegősは、ブダペスト工科大学の博士号も博士号を取得しています。
この研究は、NASA PSTAR（助成金80NSSC22K1313）によってサポートされていました。ハンガリー研究基金（助成金149429）;ブダペスト工科大学経済学大学を通じてハンガリーのイノベーションアンドテクノロジー省。ペンシルベニア大学を通るベンジャミン・フランクリンフェローシップ。そして、アルブレヒトサイエンスフェローシップ。
宇宙生物学
#地球火星ヨーロッパの地表骨折は他の惑星の居住性を予測できますか