Sterrekunde

Hoe bereken u hoeveel van die aarde (of 'n ander planeet) se oppervlak sigbaar is?

Hoe bereken u hoeveel van die aarde (of 'n ander planeet) se oppervlak sigbaar is?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

My laaste drie vrae bly onbeantwoord, maar ek sal nie wag met hierdie vraag nie; ek wil graag die formule leer en hoop dat hierdie vraag sal wees kry n antwoord.

Namate u hoër onderskeidelik verder van die aarde af gaan, is meer en meer van die aardoppervlak sigbaar. Op oneindige afstand sal die persentasie van die oppervlak wat sigbaar is, 50% wees. Nou wil ek weet hoe u die persentasie bereken wat vanaf hoogte / afstand sigbaar is, en hoe u die hoogte / afstand bereken vanaf hoeveel van die oppervlak sigbaar is.

Hoeveel van die aardoppervlak is byvoorbeeld sigbaar op 4.800 km hoogte of op watter hoogte sien u 38% van die aardoppervlak?


Die aardoppervlak wat sigbaar is as u van 'n sekere afstand na die planeet kyk, is 'n bolvormige meetkundige term. Hier is dit in blou:

$ A $ is die posisie van die waarnemer,
$ H $ is die afstand van die waarnemer tot die oppervlak van die sfeer,
$ O $ is die middelpunt van die sfeer,
$ r $ is die straal van die sfeer,
$ AB $ is die afstand na die ware horison,
$ hoek ABO = 90 ° $,
$ hoek theta $ is die hoek tussen die strale vanaf die middel van die bol tot die top van die kap (die paal) en die rand van die skyf wat die basis van die kap vorm.

Die area van die pet $ A_c $ kan gevind word volgens hierdie formule: $$ A_c = 2 pi r ^ 2 (1- cos theta) $$

$ cos theta $ in die regte driehoek $ ABO $ is die verhouding van die aangrensende katetus $ OB = r $ na die skuinssy $ OA = r + H $, dit wil sê $ cos theta = frac {r} {r + H} $, so $$ A_c = 2 pi r ^ 2 (1- frac {r} {r + H}) $$

Die persentasie verhouding $ R _ \% $ van die sigbare gebied $ A_c $ na die volle area van die sfeer $ A_s $ is $$ R _ \% = frac {A_c} {A_s} keer 100 \% $$ Aangesien die hele gebied van die bol is $ A_s = 4 pi r ^ 2 $, ons het: $$ R _ \% = frac {2 pi r ^ 2 (1- frac {r} {r + H})} {4 pi r ^ 2} keer 100 \% $$ $ 2 pi r ^ 2 $ bo en onder die lyn word gekanselleer, dus is die finale formule soos volg: $$ bbox [7px, rand: 2px effen rooi] {R _ \% = frac {1} {2} times (1- frac {r} {r + H}) times 100 \%} $$


Beantwoord u vraag, vanaf die hoogte van 4.800 km (3.000 mi) $ 21,4842 \% ongeveer 21,5 \% $ van die aarde se oppervlak.

Ek het dit hier in die Google-sakrekenaar getik, sodat u dit kan gebruik, vervang die Aardradius van 6371 km en die hoogte 4800 km deur die getalle wat u wil hê.

Hier is ook 'n grafiek van hoe die sigbare gebied van die aarde ($ r = 6371 km $) verander met die hoogte, skaal en sleep die grafiek met die muis.

Wat betref die hoogte waaruit die gegewe persentasie van die aardoppervlak sigbaar is, dit is net 'n verandering finale formule sodat $ H $ is aan die een kant van die $=$ en al die ander is slegs aan die ander kant $ R $ hier is net 'n verhouding, geen persent nie, dus sal u 0,38 en nie 38% in die formule plaas nie: $$ H = 2r / ( frac {1} {R} - 2) $$ Die sakrekenaar sê dat om 20% van die aardoppervlak te sien, 20 174,83 km (12 536 myl) bokant die oppervlak moet wees.


Soortgelyke vrae

Fisika

Op die oppervlak van 'n sekere planeet het die gravitasieversnelling g 'n sterkte van 12,0 m / s ^ 2. 'N Koperklok van 21,0 kg word na hierdie planeet vervoer. Wat is (a) die massa van die koperbal op die aarde en op die planeet, en (b)

Pysika

Planeet X het dieselfde massa as die aarde, maar sy radius is net die helfte so groot. Hoe vergelyk die swaartekrag op hierdie planeet met die swaartekrag op ons planeet aarde?

Fisika help 3 !! **

Gebaseer op die volgende gegewens oor planeet X (wat om die son wentel): planeet X se afstand vanaf son = 3,6 * 1012 m planeet X se radius = 2 * 106 m planeet X se massa = 8,2 * 1022 kg a.) Vind gx, die grootte van die versnelling as gevolg van swaartekrag

Fisika

jy weeg 526 N op aarde. Die planeet X het twee keer die massa van die aarde en twee keer die radius van die aarde. Wat is u gewig in newton op planeet X?

Fisika

persoon weeg 526 N op aarde. 'N Ander planeet het twee keer die massa van die aarde en twee keer die radius van die aarde. Vind die gewig op die ander planeet. Ek het ook hulp nodig met 'n formule.

Fisika

'N Massa word op 'n veerskaal opgeskort. Die skaal toon 'n lesing van 5N en strek 'n afstand van 0,2 meter vanaf sy ontspanne lengte. 1) Wat is die veerkonstante van die skaal? ) As hierdie skaal geneem is na 'n planeet wat 'n

Fisika

As daar 'n klein planeet ontdek is waarvan die wentelperiode twee keer die aarde was, hoeveel keer sou die planeet dan verder wees?

Wetenskap

indien al die volgende denkbeeldige planete ewe ver van die son af was, wat sou die sterkste swaartekrag vanweë die son ervaar? planeet a: massa 3.500 kg planeet b: massa 50.000 kg planeet c: massa 750 kg planeet d:

Fisika

Ek sukkel om hierdie probleem op te los. Die gewig van 'n voorwerp aan die oppervlak van 'n planeet is eweredig aan die massa van die planeet en omgekeerd eweredig aan die vierkant van die radius van die planeet. Die radius van Jupiter is 11 keer

Aarde

'n ruimtereisiger bepaal dat die radius van 'n planeet die helfte van die aarde is. Nadat hy op die oppervlak geland het, vind hy dat die versnelling weens swaartekrag tweemaal soveel is as die oppervlak van die aarde. Bepaal die verhouding van die massa van die planeet tot die

Wetenskaplike hulp asseblief

8. Watter van hierdie vergelyk die massa van verskillende voorwerpe in die heelal korrek? 'N Maan het minder massa as 'n ster en meer massa as die planeet wat dit wentel. B 'n Planeet het minder massa as 'n sterrestelsel en meer massa as die ster

Sterrekunde

Gestel jy reis na 'n planeet wat 4 keer die aarde se massa en 4 keer die aarde se radius het. Bereken hoeveel min of meer jy op hierdie planeet sou weeg in vergelyking met jou gewig op aarde. Druk u antwoord as 'n faktor uit


Het NASA 'n ander aarde ontdek? Miskien

Storie Hoogtepunte

  • Hierdie nuutgevonde wêreld, Kepler-1649c, is 300 ligjaar van die aarde af.
  • Hierdie wêreld is soortgelyk aan die Aarde, sowel in grootte as geskatte temperatuur, het NASA gesê.
  • & quot Hierdie intrige, verre wêreld gee ons nog groter hoop dat 'n tweede aarde tussen die sterre lê. & quot

'N Vergelyking van Aarde en Kepler-1649c, 'n eksoplanet wat slegs 1,06 keer die Aarde & # 39; s radius is. (Foto: NASA / Ames Research Centre / Daniel Rutter)

Sterrekundiges het 'n planeet byna dieselfde grootte as die aarde ontdek wat in sy ster se bewoonbare sone wentel, waar vloeibare water op sy oppervlak kan bestaan, het 'n nuwe studie gesê.

Die teenwoordigheid van vloeibare water dui ook aan dat die planeet lewe kan onderhou.

Hierdie nuutgevonde wêreld, Kepler-1649c, is 300 ligjaar van die aarde af en wentel om 'n ster wat ongeveer 'n vierde van die grootte van ons son is.

Wat opwindend is, is dat die wêreld van die 2000 plus-eksoplanete wat met behulp van waarnemings van die Kepler-ruimteteleskoop ontdek is, baie ooreenstem met die aarde, sowel in grootte as geskatte temperatuur, het NASA gesê.

'N Eksoplanet is 'n planeet buite ons sonnestelsel.

"Hierdie intrigerende, verre wêreld gee ons nog groter hoop dat 'n tweede aarde tussen die sterre lê en wag om gevind te word," het Thomas Zurbuchen, mede-administrateur van NASA se direksie wetenskaplike sending in Washington, D.C.

Alhoewel NASA gesê het dat daar ander eksoplanete is wat geskat word dat hulle nader aan die aarde is en dat ander nader aan die aarde kan wees, is daar geen ander exoplanet wat in albei hierdie waardes nader aan die aarde is nie, wat ook in die bewoonbare gebied van sy stelsel.

Hierdie wêreld wat pas geopenbaar is, is net 1,06 keer groter as ons eie planeet. Die hoeveelheid sterlig wat dit van sy gasheerster ontvang, is ook 75% van die hoeveelheid lig wat die aarde van ons son ontvang, wat beteken dat die temperatuur van die eksoplaneet ook soos die van ons planeet kan wees.

'N Kunstenaar se opvatting oor hoe Kepler-1649c vanaf sy oppervlak kan lyk. (Foto: NASA / Ames Research Centre / Daniel Rutter)

Maar in teenstelling met die aarde, wentel dit om 'n rooi dwerg. Alhoewel daar niks in hierdie stelsel waargeneem is nie, is hierdie tipe ster bekend vir sterre opvlamings wat die omgewing van 'n planeet uitdagend kan maak vir enige potensiële lewe.

Wetenskaplikes het hierdie planeet ontdek toe hulle deur ou waarnemings van die Kepler-ruimteteleskoop gekyk het, wat die agentskap in 2018 afgetree het. (Alhoewel die NASA se Kepler-missie in 2018 geëindig het toe die brandstof op was, is wetenskaplikes steeds besig om ontdekkings te doen terwyl hulle voortgaan om die inligting te ondersoek wat Kepler terug aarde toe gestuur.)

"Hoe meer data ons kry, hoe meer tekens sien ons op die idee dat potensieel bewoonbare en aardse eksoplanete algemeen voorkom in hierdie soort sterre," het hoofskrywer Andrew Vanderburg, 'n navorser aan die Universiteit van Texas in Austin, gesê.

"Met rooi dwerge byna oral rondom ons sterrestelsel, en hierdie klein, potensieel bewoonbare en rotsagtige planete rondom hulle, is die kans dat een daarvan nie te anders as ons aarde lyk nie," het hy gesê.

Die nuwe studie is Woensdag in The Astrophysical Journal Letters gepubliseer.

'N Kunstenaar se konsep van Kepler-1649c (voorgrond) wat om sy gasheer-rooi dwergster wentel. Hierdie pas ontdekte eksoplanet is in sy ster se bewoonbare sone en is die naaste aan die aarde in grootte en temperatuur wat nog in Kepler & # 39 s data gevind is. (Foto: NASA / Ames Research Centre / Daniel Rutter)


Hoe bereken u hoeveel van die aarde (of 'n ander planeet) se oppervlak sigbaar is? - Sterrekunde

Die planeet waarvan ons die meeste weet, as gevolg van ons vermoë om sy binneland sowel as buitekant te verken, is die Aarde. Die meeste van hierdie kursus vergelyk waardes en prosesse op ander planete met die op die aarde, dit wil sê dit is ons maatstaf vir begrip ander wêrelde. Daarom is kennis van ons tuiswêreld van kardinale belang om die heelal te waardeer, behalwe dat dit nodig is vir ons eie oorlewing.

Op baie maniere is die aarde uniek in die sonnestelsel. Die mees voor die hand liggende kenmerk is die groot hoeveelhede vloeibare water op die oppervlak, asook die vermoë om intelligente lewe te onderhou.

Die kleurbeeld van die aarde hierbo is verkry deur die Galileo-ruimtetuig toe dit ongeveer 1,3 miljoen myl van die planeet af was, en dit wys ons wêreld soos deur 'n ruimtesonde van 'n ander sonnestelsel gesien sou word. Galileo was besig om die eerste van twee Aarde-vliegers op pad na Jupiter te maak. Suid-Amerika is naby die middel van die foto, en die wit, sonlig kontinent Antarktika is onder. Skilderagtige weerskante is sigbaar in die Suid-Atlantiese Oseaan, regs onder.

Bogenoemde is 'n infrarooi beeld van die aarde wat op 21 September 1986 deur die GOES 6-satelliet geneem is. 'N Temperatuurdrempel is gebruik om die wolke te isoleer. Die land en die see is van mekaar geskei en dan is die wolke, die land en die see afsonderlik gekleur en weer saamgevoeg om hierdie beeld te lewer.

Die vorm van die aarde is ongeveer bolvormig bolvormig. As gevolg van rotasie word die aarde langs die geografiese as afgeplat en om die ewenaar gebult. Die deursnee van die Aarde by die ewenaar is 43 kilometer groter as die pool-tot-pool-deursnee. Die punt op die oppervlak wat die verste van die massamiddelpunt van die aarde is, is dus die kruin van die ekwatoriale Chimborazo-vulkaan in Ecuador. Die gemiddelde deursnee van die aarde is 12 742 kilometer (7 918 myl). Plaaslike topografie wyk af van hierdie geïdealiseerde sferoïde, alhoewel hierdie afwykings op wêreldskaal klein is in vergelyking met die Aarde se radius: die maksimum afwyking van slegs 0,17% is by die Mariana-loopgraaf (10.911 meter (35.797 voet) onder die plaaslike seevlak), terwyl Mount Everest (8 848 meter (29 029 voet) bo plaaslike seevlak) verteenwoordig 'n afwyking van 0,14%.

Die bostaande beeld is 'n kaart van Noord- en Suid-Amerika wat radar-altemetrie gebruik om die onderliggende topografie van die oseane en vastelande te weerspieël.

Die totale oppervlakte van die aarde is ongeveer 510 miljoen km ^ (197 miljoen vierkante myl). Hiervan is 70,8%, oftewel 361,13 miljoen km ^ 2 (139,43 miljoen vierkante myl), onder seevlak en word deur oseaanwater bedek. Onder die oseaan se oppervlak is 'n stelsel van kontinentale rakke, berge, vulkane, oseaniese loopgrawe, duikbote, oseaniese plato's, afgrondvlaktes en 'n wêreldomvattende middel-oseaanrante. Die oorblywende 29,2% (148,94 miljoen km ^ 2, of 57,51 miljoen vierkante myl) wat nie deur water bedek is nie, het terrein wat baie wissel van plek tot plek en bestaan ​​uit berge, woestyne, vlaktes, plato's en ander landvorms. Tektoniek en erosie, vulkaniese uitbarstings, oorstromings, verwering, gletsing, die groei van koraalriwwe en meteorietinvloede is een van die prosesse wat die aardoppervlak voortdurend oor geologiese tyd hervorm.

Die kontinentale kors bestaan ​​uit laer digtheid materiaal soos stollingsgesteentes (d.w.s. graniet). Minder algemeen is basalt, 'n digter vulkaniese rots wat die primêre bestanddeel van die oseaanvloere is. Sedimentêre gesteente word gevorm deur die ophoping van sediment wat begrawe en saamgepers word. Byna 75% van die kontinentale oppervlaktes word deur sedimentêre gesteentes bedek, hoewel dit ongeveer 5% van die kors vorm. Die derde vorm van rotsmateriaal wat op Aarde voorkom, is metamorfe gesteente (d.w.s. marmer), wat geskep word uit die transformasie van bestaande rotstipes deur hoë druk, hoë temperature of albei. Die meeste silikaatminerale op die aarde se oppervlak is kwarts, veldspate, amfibool, mika, piroksien en olivien. Algemene karbonaatminerale sluit kalsiet (in kalksteen) en dolomiet in.

Die hoogte van die landoppervlak wissel van die laagtepunt van -418 m by die Dooie See tot 'n maksimum hoogte van 8 848 m aan die bokant van die berg Everest. Die gemiddelde hoogte van die land bo seespieël is 840 m.

Die pedosfeer is die buitenste laag van die Aarde se kontinentale oppervlak en is saamgestel uit grond en is onderhewig aan grondvormingsprosesse (d.w.s. vervalle plantmateriaal). Die totale bewerkbare grond is 10,9% van die landoppervlak, met 1,3% permanente saailande. Byna 40% van die aarde se oppervlak word gebruik vir gewasland en weiding.

Die beeld hierbo is deel van die Rocky Mountain Range in die Yukon-gebied van Kanada, en is 'n uitstekende voorbeeld van jong berge op aarde. Hierdie ruimtetuig-beeld is geneem toe die son laag voor die horison was. Die skerp skaduwees op die sneeubedekte pieke wys hoe rof en oneweredig die gebied is.

Die foto hierbo is 'n ruimtetuigbeeld van die Colorado-rivier in Arizona wat die Grand Canyon vang. Die kloof is 30 km (18 myl) dwars op sy breedste punt en 1,6 km (1 myl) diep op die bodem. Dit is 446 km (277 myl) lank en beslaan 'n oppervlakte van meer as 5000 vierkante km (ongeveer 2000 vierkante myl). Die Grand Canyon is geskep deur die erosie van die Colorado-rivier op die oppervlak, aangesien hierdie streek die afgelope paar miljoen jaar steeds hoër bo seespieël gestyg het.

Waar woon mense? maw waar is die bevolkingsentrums? Die vinnigste manier om dit na te gaan, is om die VSA snags waar te neem

Daar is 'n aantal harde feite oor die aarde wat deur die jare van geologiese ondersoeke bepaal is:

    gemiddelde digtheid = massa aarde / volume = 5,5 gm / cc (let op dat cc 'n snelskrif is vir cm tot die 3de krag). Graniet het 'n gemiddelde digtheid van 3.0, wat meestal is waaruit ons kors bestaan. Aangesien die gemiddelde digtheid van die hele aarde groter is as graniet, moet die kern van die aarde dus bestaan ​​uit iets wat digter is as graniet -> Yster (Fe) en nikkel (Ni).

Seismiese golwe beweeg ongeveer 10 km / sek. Van die tydsberekening en tipe golf regoor die wêreld kan ons die binnekant van die aarde karteer. Veranderings in breking van seismiese golwe is as gevolg van skerp veranderinge in die digtheid = diskontinuïteite as gevolg van chemiese samestelling.

Die resultaat is dat ons weet dat die binnekant van die aarde vier komponente het:

  1. 'n dun kors van digtheid 3,3 g / cc wat bestaan ​​uit metale, silikate ('n stof genaamd basalt)
  2. 'n halfvaste mantel met digtheid 3,5 tot 5,5 g / cc wat bestaan ​​uit Fe-oksiede van olivien
  3. 'n vloeibare buitenste kern met digtheid 9 tot 11 gm / cc wat bestaan ​​uit gesmelte Fe
  4. 'n soliede binnekern van digtheid 17 gm / cc wat bestaan ​​uit Fe en Ni.

Die temperatuur van die binnekern is 6200 K. Die lae lae digtheid dryf bo-op die hoër digtheid, soos kurk op water. Die rotsagtige kors is dus aan die buitekant.

Byvoorbeeld: uraan 238 verval tot 206 met 'n halfleeftyd van 4,5x10 9 jaar. Dus, as 'n rots 1/2 U 238 en 1/2 Pb 206 is, dan is sy ouderdom 4,5x10 9 jaar.

Die oppervlak van die aarde is 71% water en 29% land (ons planeet Oseaan moes ons noem). 'N Tipiese deursnit van die kors lyk soos volg:

Let op dat die kors dun onder die oseane is, onder die berge dik is. Die konvektiewe beweging van die mantel onder die dun kolle veroorsaak dat die seebodem versprei / kontinentale wegdrywing. Hoe weet ons dat die vastelande beweeg? Kyk na die fossielrekord. Die verspreiding van fossiele volgens die uiteensetting van ouer konfigurasies van die vastelande.

Die droë land bestaan ​​hoofsaaklik uit:

  1. Stollingsgesteente - gevorm uit gesmelte materiaal, soos basalt en graniet
  2. Sedimentêre gesteente - minerale wat deur druk gesementeer word, soos sandsteen en kalksteen
  3. Metamorfe gesteente - stollings- of sedimentêre gesteente wat onderhewig is aan hoë temperature en druk, soos marmer

Die tipiese lewensiklus van hierdie soort gesteentes word in die volgende diagram gegee:

Daarbenewens is die kors gevorm deur die volgende prosesse (wat belangrik sal wees vir ander aardse wêrelde):

1. impakkratering in die vroeë sonnestelsel

2. erosie - wind, water, insinking (swaartekrag) - die vroegste kratering word uitgewis deur erosie op planete met 'n dik atmosfeer

3. termiese-tektoniese aktiwiteit (plaattektoniek) - uitvloei van hitte vanaf kern wat oorgedra word na konvektiewe beweging in mantel.

Die beweging word in lineêre beweging van die korsplate omgeskakel. Daar is 12 plate wat almal op die mantel dryf met 'n snelheid van enkele cm per 100 jaar.

Daar is vier (4) soorte grense tussen die plate wat aanleiding gee tot spesifieke oppervlakkenmerke. Botsingsplate vorm byvoorbeeld berge.

Jong bergstelsel is skerp en onreëlmatig (bv. Himalajas), ou bergstelsels is laag en afgerond (bv. Appalache)

'N Voorbeeld van tektoniese aktiwiteit in die vorm van volaniese aktiwiteit op die aarde = Mt. St. Helens:

Reeds in die 1920's merk wetenskaplikes op dat aardbewings in baie spesifieke smal sones gekonsentreer is, wat nou bekend is as die rand van die plaat. In 1954 het die Franse seismoloog J.P. Roth hierdie kaart gepubliseer wat die konsentrasie van aardbewings langs die sones aangedui het wat deur kolletjies en kruisgebroke gebiede aangedui is. Dit vertoon 'n growwe omtrek van die onderliggende plaatstruktuur.

Mense het nog altyd geweet dat die atmosfeer dunner word en kouer word met hoër hoogtes. Gedurende die veertiger- en vyftigerjare bereik vuurpyle met elke toets hoër en hoër houdings, vergeleke met berge. Die vraag is dus geopper, waar begin die buitenste ruimte? Die beantwoording van hierdie vraag hang af van met wie u die onderwerp bespreek. 'N Dokter sou verklaar dat die ruimte begin wanneer die menslike liggaam nie meer in die atmosfeer kan oorleef nie. 'N Aandryweringenieur kan sê dat die ruimte begin wanneer 'n straalmotor wat lug nodig het uit die atmosfeer nie meer kan werk nie. 'N Aërodinamiese ingenieur kan sê dat die ruimte begin as daar nie genoeg atmosfeer is vir die vliegtuie se beheeroppervlakke om die tuig te gebruik nie. 'N Burokratiese agentskap kan een definisie hê en 'n internasionale organisasie 'n ander.

Dit is duidelik dat die ruimte nie op die aardoppervlak begin nie, want dit is waar ons atmosfeer pragmaties begin. As ons tot ongeveer 3000 meter (m) (10000 voet) klim, kom ons agter dat die hoeveelheid suurstof wat teenwoordig is en die druk waarmee hierdie suurstof ons liggame binnedring regtig nie genoeg is om 'n menslike liggaam doeltreffend te laat werk nie, hoewel talle mense hulle aangepas het woon en werk op hierdie vlak (bv. LaPaz, Bolivia Quito, Equador Katmandu, Nepal). Die Federale Lugvaartadministrasie het 'n regulasie voorgeskryf dat wanneer vlieëniers bo 3000 m (10000 voet) vlieg, aanvullende suurstof beskikbaar is vir hulle en hul passasiers. Die Amerikaanse lugmag gaan 'n bietjie verder en sê dat hul vlieëniers suurstof bo 10.000 voet kajuitdrukhoogte sal hê. Namate die hoogte toeneem, neem die behoefte aan aanvullende suurstof ook toe.

Op 5000 m (17000 voet) Die helfte van die massa van die atmosfeer is minder as hierdie houding. Op hierdie stadium moet 'n vlieënier wat op hierdie kajuithoogte is, suurstof hê of 'n toestand wat bekend staan ​​as hipoksie (gebrek aan suurstof in die bloed of die bloedsomloopstelsel), sal die vlieënier binne 30 minute bewusteloos maak.
Op 16000 m (16 km) Die gebruik van aanvullende suurstof misluk as lewensmiddel vir die mens. Op hierdie hoogte is die gekombineerde druk van koolstofdioksied en waterdamp in die longe gelyk aan die buitenste atmosferiese druk en aanvullende suurstof alleen kan nie die bloed bereik sonder ekstra druk nie. Daarom moet 'n individu in 'n drukkajuit wees of 'n drukpak dra.
Op 20 km (12 myl) Die buitenste atmosferiese druk is gelyk aan die dampdruk van die menslike liggaam of ongeveer 47 millimeter kwik. In hierdie omgewing begin borrels water en ander gasse in die liggaam vorm. Die liggaamsvloeistowwe begin letterlik kook. 'N Hut onder druk of 'n drukpak is 'n vereiste om 'n individu op hierdie hoogte teen hierdie gewelddadige toestand te beskerm.
Op 24 km (15 myl) Die drukstelsel van 'n vliegtuig funksioneer nie meer ekonomies nie. Daar is so min suurstof en stikstof op hierdie hoogte dat dit nie saamgepers kan word om die vlieënier, die bemanning of die passasiers teen die buitenste elemente te beskerm nie. Ook op hierdie hoogte begin die osoonlaag in die atmosfeer vorm. Alhoewel osoon uit drie suurstofatome per molekuul bestaan, is hierdie stof giftig vir die menslike liggaam, en die samedruk van osoon sal die kajuit en die inwoners daarvan vergiftig. Op hierdie hoogte moet die hut of ruimtepak sy eie druk en suurstof hê, onafhanklik van die atmosfeer buite. Want die menslike liggaam begin op hierdie punt omdat 'n mens bo hierdie hoogte alles moet dra om die liggaam te kan oorleef. Dit is waarskynlik die mediese definisie van waar ruimte begin.
Op 32 km (20 myl) Turbojets kan nie meer funksioneer nie. Word vandag gebruik as 'n aandrywingsmiddel vir alle moderne straalvliegtuie, en laat die turbojets lug in en pers dit deur middel van waaiers om met brandstof vir verbranding te meng. Op 32 km is daar nie genoeg lug om saam te pers om die brandstof bo hierdie hoogte te meng nie. 'N Ramjet werk soortgelyk aan 'n turbojet, behalwe dat 'n ramstraal lug saamdruk met supersoniese skokgolwe eerder as waaiers. Die spoed van die lug wat deur die skokgolf gaan, druk dit baie doeltreffender saam as die meganiese turbojet.
Op 45 km (28 myl) Daar is nie genoeg lug vir 'n ramjet om te werk nie. Bo hierdie hoogte moet 'n aandrywingstelsel sy eie suurstof voorsien, ook bekend as oksideerder, sowel as brandstof, dit wil sê 'n vuurpyl. Tot 'n voortstuwingsingenieur begin ruimte bo hierdie hoogte.
Op 81 km (50 myl) Een regeringsagentskap, die Amerikaanse Ministerie van Verdediging, sê dat die ruimte begin omdat dit alle vlieëniers toeken wat bo hierdie ruimtevaartvlerke vlieg. Hierdie groep bevat nie net al die mense wat die ruimtetuig en verskillende ander vaartuie die ruimte in gevlieg het nie, maar ook die X-15 vlieëniers wat bo hierdie hoogte gevlieg het.
Op 100 km (62 myl) Lugdinamiese kragte is nie meer effektief genoeg om die verskillende beheeroppervlakke te beweeg om 'n vliegtuig te beheer nie. Die roer, die rolrooster en die hysbak is nie meer effektief nie omdat daar nie genoeg atmosfeer is om die twee belangrikste aërodinamiese kragte op te hef of te sleep om effektief te wees nie. Op hierdie hoogte is die lug donker, die sterre skyn nie meer nie, maar is harde ligpunte. Behalwe toerusting aan boord, is daar geen geluid nie; geen soniese bome, ontploffings of skokgolwe kan in die ruimte gehoor word nie.

Internasionale reg bepaal dat daar geen definitiewe punt is waar die atmosfeer eindig en die ruimte begin nie. Die belangrikste ruimtemagte aanvaar die volgende definisie: Ruimte begin by 'die laagste perigee wat bereik word deur 'n wentelbaan', hoewel dit sal wissel na gelang van die grootte en vorm van die voertuig. Perigee is die naaste punt van die aarde in 'n elliptiese baan. 'N Moontlike uitdaging vir hierdie definisie het in 1976 plaasgevind toe agt ekwatoriale lande soewereiniteitsverklarings uitgereik het oor die geosinchrone baanband wat 35862 kilometer bo die ewenaar lê. Columbia, Equador, Brasilië, die Volksrepubliek Kongo, Zaïre, Kenia, Uganda en Indonesië het ook verklaar dat hulle sulke gebiede sal verdedig. Maar in 1980 het die Verenigde Nasies vasgestel dat sulke bewerings nietig is omdat die buitenste ruimte 'n internasionale gebied is.

Die Aarde se atmosfeer het sedert die vorming daarvan ekstreme veranderings ondergaan. Die proses het 7 fases:

    proto-atmosfeer fase: die oorspronklike atmosfeer van die Aarde, die proto-atmosfeer, is van die vroeë sonnestelsel materiaal afkomstig en was baie soortgelyk aan die samestelling van Jupiter, dik en ryk aan ligte elemente (waterstof, helium, neon / H, Hy, Ne)

Die eindresultaat is 'n verminder atmosfeer met 'n finale samestelling van 78% N 2 , 21% O 2 , 1% Ar en spoorhoeveelhede van H 2 O, CO 2 (0,03%), Ne en Xe

Alhoewel die CO 2 inhoud baie klein is, speel hierdie spoorgas 'n belangrike rol in die aardse klimaat, omdat dit verantwoordelik is vir die kweekhuiseffek. Atmosferiese CO 2 vang IR-straling (hitte) vas, wat die oppervlaktemperatuur verhoog tot vlakke wat versoenbaar is met die volhoubaarheid van die lewe.

Die atmosfeer speel ook 'n belangrike rol in die beskerming van die oppervlak teen UV- en kosmiese strale en ruimterommel (meteoroïede).

'N Veld is een van die wiskundige konseptuele instrumente om ons te help om die gedrag van voorwerpe met energie te verstaan. 'N Veld ken elke punt in die ruimte 'n sterkte of krag plus rigting toe. 'N Veld word gebruik om die resulterende beweging van die voorwerp binne die veld te bereken en deur die veld op te tree.

Die konsep van 'n veld dra die inligting oor ligging en sterkte van die bronne (in hierdie voorbeeld, magnetiese pole) oor.

Die aarde word omring deur 'n magnetiese veld, wat in die kern van ons planeet gegenereer word, in die vorm hieronder getoon. Die veldlyne (rooi in die onderstaande diagram) toon verskillende sterktes waar die lyne die naaste aan die aarde sterker is as die lyne verder weg.

Die aarde se magneetveld is verdraai, saamgepers aan die kant wat na die son kyk, en sterk aan die ander kant uitgestrek. Die rede hiervoor is die sonwind, 'n deeltjiestroom van die son, wat meestal uit protone en elektrone bestaan.

Let op dat die Van Allen-bande as 'n magnetiese spieël dien om deeltjies van hoë energie vas te vang en na die poolstreke te lei. As hulle met die hoër atmosfeer omgaan, kry jy 'n aurora. Die kartering van die magneetveld rondom die aarde en die ontdekking van die Van Allen-gordels was die eerste belangrike bakens van wetenskaplike ruimtelike ondersoek deur ruimtetuie in die vyftigerjare.

Die oorsprong van die aarde se magneetveld is die yster / nikkel (Fe / Ni) binnekern. Die binnekern is warm en die rotasie veroorsaak wrywing wat die Fe / Ni-atome ioniseer. Ionisering beteken baie vrye elektrone in die kern. Vry vloeiende elektrone = elektriese stroom. Deur die dynamo-effek lewer 'n veranderende elektriese veld 'n magnetiese veld op.


U GEWIG OP ANDER W WRELDE

Voordat ons die onderwerp van swaartekrag ondervind en hoe dit optree, is dit belangrik om die verskil te verstaan gewig en massa.

Ons gebruik die terme "massa" en "gewig" dikwels onderling in ons daaglikse toespraak, maar vir 'n sterrekundige of fisikus is dit heeltemal ander dinge. Die massa van 'n liggaam is 'n maatstaf vir hoeveel materie dit bevat. 'N Voorwerp met massa het 'n eienskap wat genoem word traagheid. As u 'n voorwerp soos 'n klip in u hand skud, sal u opmerk dat dit beweeg om dit te laat beweeg, en nog een keer om dit weer te stop. As die klip rus, wil dit rus. As dit eers aan die beweeg is, wil dit bly beweeg. Hierdie eienskap of 'traagheid' van materie is die traagheid daarvan. Massa is 'n maatstaf vir hoeveel traagheid 'n voorwerp vertoon.

Gewig is 'n heel ander ding. Elke voorwerp in die heelal met massa lok elke ander voorwerp met massa. Die hoeveelheid aantrekkingskrag hang af van die grootte van die massa en hoe ver hulle van mekaar is. Vir alledaagse voorwerpe is hierdie swaartekrag verdwynend klein, maar die trek tussen 'n baie groot voorwerp, soos die Aarde, en 'n ander voorwerp, soos u, kan maklik gemeet word. Hoe? Al wat u hoef te doen is om op 'n skaal te staan! Weegskaal meet die aantrekkingskrag tussen u en die aarde. Hierdie aantrekkingskrag tussen u en die Aarde (of enige ander planeet) word u gewig genoem.

As u in 'n ruimteskip ver tussen die sterre is en 'n weegskaal onder u plaas, sal die weegskaal nul wees. U gewig is nul. Jy is gewigloos. Daar dryf 'n aambeeld langs jou. Dit is ook gewigloos. Is u of die aambeeld massa-minder? Absoluut nie. As u die aambeeld gryp en probeer om dit te skud, moet u dit druk om dit aan die gang te kry en trek om dit te laat stop. Dit het steeds traagheid, en dus massa, maar tog het dit geen gewig nie. Sien u die verskil?

Die verband tussen swaartekrag en massa en afstand

Soos hierbo gesê, is u gewig 'n maatstaf van die swaartekrag tussen u en die liggaam waarop u staan. Hierdie swaartekrag hang van enkele dinge af. Eerstens hang dit af van u massa en die massa van die planeet waarop u staan. As jy jou massa verdubbel, trek swaartekrag jou twee keer so hard aan. As die planeet waarop jy staan ​​twee keer so massief is, trek swaartekrag jou ook twee keer so hard. Aan die ander kant, hoe verder jy van die middelpunt van die planeet af is, hoe swakker trek die trek tussen die planeet en jou liggaam. Die krag word redelik vinnig swakker. As u u afstand van die planeet verdubbel, is die krag een-vierde. As u u skeiding verdriedubbel, daal die krag tot 'n negende. Tien keer die afstand, eenhonderdste die krag. Sien u die patroon? Die krag val af met die vierkantig van die afstand. As ons dit in 'n vergelyking plaas, sal dit soos volg lyk:

Die twee "M's" bo-op is u massa en die planeet se massa. Die "r" hieronder is die afstand vanaf die middelpunt van die planeet. Die massas is in die teller omdat die krag groter word as hulle groter word. Die afstand is in die noemer omdat die krag kleiner word as die afstand groter word. Let daarop dat die krag nooit nul word nie, maak nie saak hoe ver jy ry nie. Miskien was dit die inspirasie vir die gedig van Francis Thompson:

Hierdie vergelyking, wat eers deur Sir Isaac Newton afgelei is, vertel ons baie. U kan byvoorbeeld vermoed dat omdat Jupiter 318 keer so massief is as die aarde, u 318 keer moet weeg wat u tuis weeg. Dit sou waar wees as Jupiter dieselfde grootte as die Aarde het. Maar Jupiter is 11 keer die radius van die aarde, dus jy is 11 keer verder van die sentrum af. Dit verminder die trek met 'n faktor van 11 2, wat lei tot ongeveer 2,53 keer die trek van die aarde op u. Om op 'n neutronster te staan, maak u onvoorstelbaar gewigtig. Nie alleen is die ster baie massief om mee te begin nie (ongeveer dieselfde as die son), maar hy is ook ongelooflik klein (ongeveer so groot soos San Francisco), dus jy is baie naby aan die sentrum en r is 'n baie klein aantal. Klein getalle in die noemer van 'n breuk lei tot baie groot resultate!


Beantwoord hierdie vraag

Fisika

Op die oppervlak van 'n sekere planeet het die gravitasieversnelling g 'n sterkte van 12,0 m / s ^ 2. 'N Koperklok van 21,0 kg word na hierdie planeet vervoer. What is (a) the mass of the brass ball on the Earth and on the planet, and (b)

Pysics

Planet X has the same mass as earth, but its radius is only half as big. How does the gravity on this planet compare with the gravity on our planet earth?

Physics help 3!! **

Based on the following data about planet X (which orbits around the Sun): Planet X's distance from Sun = 3.6*1012 m Planet X's radius = 2*106 m Planet X's mass = 8.2*1022 kg a.) Find gx, the size of the acceleration due to gravity

Fisika

you weigh 526 N on earth. Planet X has twice the mass of Earth and twice the radius of Earth. What is your weight in newtons on planet X?

Fisika

person weighs 526 N on Earth. Another planet has twice the mass of Earth and Twice the radius of Earth. Find the weight on the other planet. I need help with a formula too.

Fisika

A mass is suspended on a spring scale. The scale shows a reading of 5N and stretches a distance of 0.2 meters from its relaxed length. 1)What is the spring constant of the scale? )If this scale was taken to a planet that has a

Fisika

If a small planet were discovered whose orbital period was twice that of Earth, how many times farther from the Sun would this planet be?

Science

if all of the following imaginary planets were the same distance from the sun, which would experience the strongest force of gravity due to the sun? planet a: mass 3,500 kg planet b: mass 50,000 kg planet c: mass 750 kg planet d:

Physics

I have a hard time solving this problem. The weight of an object at the surface of a planet is proportional to the planet's mass and inversely proportional to the square of the radius of the planet. Jupiter's radius is 11 times

Earth

a space traveller determines the radius of a planet to be half of earth . After landing on its surface , he finds the acceleration due to gravity to be twice of that of surface of earth. Find the ratio of mass of planet to the

Science Help Please

8. Which of these correctly compares the masses of different objects in the universe? A moon has less mass than a star and more mass than the planet it orbits. B A planet has less mass than a galaxy and more mass than the star it

College physics

A new planet has been discovered that has a mass one-tenth that of Earth and a radius that is one-sixth that of Earth. Determine the free fall acceleration on the surface of this planet. Express your answer in the appropriate mks


Neptune

Neptune also held a surprise in store for us, and we don’t understand yet what happened. While the planet’s magnitude stayed relatively constant before 1980, and stabilized again after 2000, in the intervening decades the planet brightened by an unexpected — and unexplained — 11%. Neptune is alone among the planets in exhibiting a significant long-term change in its inherent brightness. Astronomers have proposed some ideas to explain this peculiar variation but none are convincing. More amateur magnitude observations may help to solve this riddle.

Neptune gradually brightened from about 1980 until 2000. This illustration combines magnitudes from several different sources. The reason for the brightening is still a mystery.
Anthony Mallama


How the Earth-shaking theory of plate tectonics was born

Scientists have peppered the planet with seismometers that can detect the rumble of moving magma within a volcano, and GPS stations can spot changes in land elevation as magma swells below. But anticipating eruptions remains tricky.

BRUCE DAVIDSON/NATURE PICTURE LIBRARY/ALAMY

Share this:

January 13, 2021 at 11:00 am

Some great ideas shake up the world. For centuries, the outermost layer of Earth was thought to be static, rigid, locked in place. But the theory of plate tectonics has rocked this picture of the planet to its core. Plate tectonics reveals how Earth’s surface is constantly in motion, and how its features — volcanoes, earthquakes, ocean basins and mountains — are intrinsically linked to its hot interior. The planet’s familiar landscapes, we now know, are products of an eons-long cycle in which the planet constantly remakes itself.

When plate tectonics emerged in the 1960s it became a unifying theory, “the first global theory ever to be generally accepted in the entire history of earth science,” writes Harvard University science historian Naomi Oreskes, in the introduction to Plate Tectonics: An Insider’s History of the Modern Theory of the Earth. In 1969, geophysicist J. Tuzo Wilson compared the impact of this intellectual revolution in earth science to Einstein’s general theory of relativity, which had produced a similar upending of thought about the nature of the universe.

This article is an excerpt from a series celebrating some of the biggest advances in science over the last century. For an expanded version of the story of plate tectonics, visit Century of Science: Shaking up Earth.

Plate tectonics describes how Earth’s entire, 100-kilometer-thick outermost layer, called the lithosphere, is broken into a jigsaw puzzle of plates — slabs of rock bearing both continents and seafloor — that slide atop a hot, slowly swirling inner layer. Moving at rates between 2 and 10 centimeters each year, some plates collide, some diverge and some grind past one another. New seafloor is created at the center of the oceans and lost as plates sink back into the planet’s interior. This cycle gives rise to many of Earth’s geologic wonders, as well as its natural hazards.

“It’s amazing how it tied the pieces together: seafloor spreading, magnetic stripes on the seafloor … where earthquakes form, where mountain ranges form,” says Bradford Foley, a geodynamicist at Penn State. “Pretty much everything falls into place.”

With so many lines of evidence now known, the theory feels obvious, almost inevitable. But the conceptual journey from fixed landmasses to a churning, restless Earth was long and circuitous, punctuated by moments of pure insight and guided by decades of dogged data collection.

Continents adrift

In 1912, German meteorologist Alfred Wegener proposed at a meeting of Frankfurt’s Geological Association that Earth’s landmasses might be on the move. At the time, the prevailing idea held that mountains formed like wrinkles on the planet as it slowly lost the heat of formation and its surface contracted. Instead, Wegener suggested, mountains form when continents collide as they drift across the planet’s surface. Although now far-flung, the continents were once joined together as a supercontinent Wegener dubbed Pangaea, or “all-Earth.” This would explain why rocks of the same type and age, as well as identical fossils, are found on either side of the Atlantic Ocean, for example.

The San Andreas Fault (shown) is the boundary between the Pacific and North American plates. KEVIN SCHAFER/ALAMY

In 1989, a slip of the San Andreas Fault triggered a magnitude 6.9 earthquake that rocked the San Francisco Bay area, causing 63 deaths and billions of dollars in damage (shown). David Weintraub/Science Source

This idea of drifting continents intrigued some scientists. Many others, particularly geologists, were unimpressed, hostile, even horrified. Wegener’s idea, detractors thought, was too speculative, not grounded enough in prevailing geologic principles such as uniformitarianism, which holds that the same slow-moving geologic forces at work on Earth today must also have been at work in the past. The principle was thought to demand that the continents be fixed in place.

German geologist Max Semper disdainfully wrote in 1917 that Wegener’s idea “was established with a superficial use of scientific methods, ignoring the various fields of geology,” adding that he hoped Wegener would turn his attention to other fields of science and leave geology alone.“O holy Saint Florian, protect this house but burn down the others!” he wrote sardonically.

The debate between “mobilists” and “fixists” raged on through the 1920s, picking up steam as it percolated into English-speaking circles. In 1926, at a meeting in New York City of the American Association of Petroleum Geologists, geologist Rollin T. Chamberlin dismissed Wegener’s hypothesis as a mishmash of unrelated observations. The idea, Chamberlin said, “is of the foot-loose type, in that it takes considerable liberty with our globe, and is less bound by restrictions or tied down by awkward, ugly facts than most of its rival theories.”

One of the most persistent sticking points for Wegener’s idea, now called continental drift, was that it couldn’t explain how the continents moved. In 1928, English geologist Arthur Holmes came up with a potential explanation for that movement. He proposed that the continents might be floating like rafts atop a layer of viscous, partially molten rocks deep inside Earth. Heat from the decay of radioactive materials, he suggested, sets this layer to a slow boil, creating large circulating currents within the molten rock that in turn slowly shift the continents about.

Sign Up For the Latest from Science News

Headlines and summaries of the latest Science News articles, delivered to your inbox

Holmes admitted he had no data to back up the idea, and the geology community remained largely unconvinced of continental drift. Geologists turned to other matters, such as developing a magnitude scale for earthquake strength and devising a method to precisely date organic materials using the radioactive form of carbon, carbon-14.

Data flood in

Rekindled interest in continental drift came in the 1950s from evidence from an unexpected source — the bottom of the oceans. World War II had brought the rapid development of submarines and sonar, and scientists soon put the new technologies to work studying the seafloor. Using sonar, which pings the seafloor with sound waves and listens for a return pulse, researchers mapped out the extent of a continuous and branching underwater mountain chain with a long crack running right down its center. This worldwide rift system snakes for over 72,000 kilometers around the globe, cutting through the centers of the world’s oceans.

Armed with magnetometers for measuring magnetic fields, researchers also mapped out the magnetic orientation of seafloor rocks — how their iron-bearing minerals are oriented relative to Earth’s field. Teams discovered that the seafloor rocks have a peculiar “zebra stripe” pattern: Bands of normal polarity, whose magnetic orientation corresponds to Earth’s current magnetic field, alternate with bands of reversed polarity. This finding suggests that each of the bands formed at different times.

The Pacific Ocean’s Mariana Trench is the deepest known subduction zone, where a tectonic plate sinks back into Earth’s interior. Here, the Deep Discoverer explores the trench at a depth of 6,000 meters in 2016. NOAA OFFICE OF OCEAN EXPLORATION AND RESEARCH

Meanwhile, growing support for the detection and banning of underground nuclear testing also created an opportunity for seismologists: the chance to create a global, standardized network of seismograph stations. By the end of the 1960s, about 120 different stations were installed in 60 different countries, from the mountains of Ethiopia’s Addis Ababa to the halls of Georgetown University in Washington, D.C., to the frozen South Pole. Thanks to the resulting flood of high-quality seismic data, scientists discovered and mapped rumbles along the mid-ocean rift system, now called mid-ocean ridges, and beneath the trenches. The quakes near very deep ocean trenches were particularly curious: They originated much deeper underground than scientists had thought possible. And the ridges were very hot compared with the surrounding seafloor, scientists learned by using thin steel probes inserted into cores drilled from shipboard into the seafloor.

In the early 1960s, two researchers working independently, geologist Harry Hess and geophysicist Robert S. Dietz, put the disparate clues together — and added in Holmes’ old idea of an underlying layer of circulating currents within the hot rock. The mid-ocean ridges, each asserted, might be where circulation pushes hot rock toward the surface. The powerful forces drive pieces of Earth’s lithosphere apart. Into the gap, lava burbles up — and new seafloor is born. As the pieces of lithosphere move apart, new seafloor continues to form between them, called “seafloor spreading.”

Research suggests that volcanic island chains form as plates move over upwellings of magma. But the origin of the Hawaiian Islands (Kilauea volcano shown) and other similar chains remains something of a geologic puzzle. ART WOLFE/GETTY IMAGES

The momentum culminated in a two-day gathering of perhaps just 100 earth scientists in 1966, held at the Goddard Institute for Space Studies in New York. “It was quite clear, at this conference in New York, that everything was going to change,” University of Cambridge geophysicist Dan McKenzie told the Geological Society of London in 2017 in a reflection on the meeting.

But going in, “no one had any idea” that this meeting would become a pivotal moment for the earth sciences, says seismologist Lynn Sykes of Columbia University. Sykes, then a newly minted Ph.D., was one of the invitees he had just discovered a distinct pattern in the earthquakes at mid-ocean ridges. This pattern showed that the seafloor on either side of the ridges was pulling apart, a pivotal piece of evidence for plate tectonics.

At the meeting, talk after talk piled data on top of data to support seafloor spreading, including Sykes’ earthquake data and those symmetrical patterns of zebra stripes. It soon became clear that these findings were building toward one unified narrative: Mid-ocean ridges were the birthplaces of new seafloor, and deep ocean trenches were graves where old lithosphere was reabsorbed into the interior. This cycle of birth and death had opened and closed the oceans over and over again, bringing the continents together and then splitting them apart.

The evidence was overwhelming, and it was during this conference “that the victory of mobilism was clearly established,” geophysicist Xavier Le Pichon, previously a skeptic of seafloor spreading, wrote in 2001 in his retrospective essay “My conversion to plate tectonics,” included in Oreskes’ book.

Plate tectonics emerges

The whole earth science community became aware of these findings the following spring, at the American Geophysical Union’s annual meeting. Wilson laid out the various lines of evidence for this new view of the world to a much larger audience in Washington, D.C. By then, there was remarkably little pushback from the community, Sykes says: “Right away, they accepted it, which was surprising.”

Scientists now knew that Earth’s seafloor and continents were in motion, and that ridges and trenches marked the edges of large blocks of lithosphere. But how were these blocks moving, all in concert, around the planet? To plot out the choreography of this complex dance, two separate groups seized upon a theorem devised by mathematician Leonhard Euler way back in the 18th century. The theorem showed that a rigid body moves around a sphere as though it is rotating around an axis. McKenzie and geophysicist Robert Parker used this theorem to calculate the dance of the lithospheric blocks — the plates. Unbeknownst to them, geophysicist W. Jason Morgan independently came up with a similar solution.

Shifting landmasses — such as the opening of the Drake Passage between South America and Antarctica (icebergs around Elephant Island shown) — can alter currents, and climates. NASA IMAGE BY JEFF SCHMALTZ, LANCE/EOSDIS RAPID RESPONSE

With this last piece, the unifying theory of plate tectonics was born. The hoary wrangling over continental drift now seemed not only antiquated, but also “a sobering antidote to human self-confidence,” physicist Egon Orowan told Science News in 1970.

People have benefited greatly from this clearer vision of Earth’s workings, including being able to better prepare for earthquakes, tsunamis and volcanoes. Plate tectonics has also shaped new research across the sciences, offering crucial information about how the climate changes and about the evolution of life on Earth.

And yet there’s still so much we don’t understand, such as when and how the restless shifting of Earth’s surface began — and when it might end. Equally puzzling is why plate tectonics doesn’t appear to happen elsewhere in the solar system, says Lindy Elkins-Tanton, a planetary scientist at Arizona State University in Tempe. “How can something be a complete intellectual revolution and also inexplicable at the same time?”

Jupiter’s frozen moon Europa (shown) has its own form of icy plate tectonics. NASA, JPL-Caltech, SETI Institute

Crucible of life

Earth is the only known world with plate tectonics. It’s also the only one known to harbor life.

Planetary scientists puzzle over whether and how these two facts might be related — and what it means for just how unusual Earth really is, says Lindy Elkins-Tanton, a planetary scientist at Arizona State University in Tempe. “Nobody knows how plate tectonics began on Earth, and why it didn’t begin elsewhere,” she adds. “It’s a mystery that connects to a lot of other mysteries, and one of those is habitability.”

We know plate tectonics plays a powerful role in keeping Earth habitable, primarily by moving carbon around. “It’s responsible for mediating the climate on long geological time scales, making sure the climate is more or less temperate for life,” says Roger Fu, a geophysicist at Harvard University.

When two tectonic plates collide, one can slide beneath the other, carrying rocks bearing carbon deep into the planet’s interior. The subducting plate begins to melt, and volcanoes bloom on the overlying plate, belching carbon dioxide and other gases into the atmosphere. As carbon dioxide builds up, it warms the planet through the greenhouse effect.

This warmer atmosphere then speeds up weathering of rocks on Earth’s surface, by boosting the chemical reaction between carbon dioxide–rich rainwater and the rocks. Those reactions draw the gas out of the atmosphere to form new carbon minerals. The minerals wash into the ocean, where tiny ocean creatures use the carbon to build their calcium carbonate shells. Ultimately those creatures die, their shells sinking to the ocean floor and becoming carbonate rocks themselves. As more and more carbon dioxide gets sequestered away from the atmosphere in this way, the planet cools — until, eventually, the slow grind of plate tectonics carries the carbonate into the planet’s interior with a subducting plate.

Signs of plate tectonics are clearly visible on Earth’s surface (Piqiang Fault in China’s Xinjiang Province shown). Scientists wonder whether similar features on other planets could be clues to habitability. NASA

This cycle, playing out over many millions of years, doesn’t just keep temperatures mild. The churning also keeps oxygen, nitrogen, phosphorus and other nutrients cycling through the atmosphere, oceans and rocks — and chemically transforms them into forms that living organisms can use.

“That’s not to say that life wouldn’t happen without plate tectonics,” Fu says. “But it would be very different.”

In fact, the first life on Earth may predate the onset of plate tectonics. The planet’s ancient rocks bear traces of life dating to at least 3.4 billion years ago, several hundred million years before the earliest known evidence for any plate motions, in the form of fossilized stromatolites, layered structures made of microbes and minerals. Similar microbial communities exist in modern times at hot springs, such as those of Yellowstone National Park. Some scientists to speculate that hot springs — which contain the biochemical recipe for life, including chemical elements, water and energy — may have set the stage for Earth’s earliest life.

It’s certainly theoretically possible for planets without plate tectonics — like the early Earth — to have livable atmospheres and liquid water, as well as abundant heat, says Bradford Foley, a geodynamicist at Penn State. Foley has simulated how much carbon dioxide could seep out from the interior of “stagnant lid” planets — planets like Mars and Mercury that have a single, continuous piece of lithosphere that sits like a cold, heavy lid over the hot interior. Even on these planets, Foley says, “we still have volcanism,” because there’s still hot rock circulating beneath that heavy lid. Those eruptions release carbon dioxide to the atmosphere and produce fresh new rock for weathering.

Mars shows signs of volcanic activity (Olympus Mons shown) but no known plate tectonics. JPL, NASA

Volcanism on a climate-altering scale might not last as long as it does when plate tectonics keeps things churning along, but it theoretically could persist for 1 billion or 2 billion years, Foley says. That means that some stagnant lid planets could create an atmosphere and even have temperate climates with liquid water, at least for a time.

Then there’s Europa, Jupiter’s icy moon. The surface of the moon is broken into a mosaic of plates of ice that slide past and over and under one another, much like those on Earth. “Instead of subduction, it’s referred to as subsumption,” Fu says. But the result of this icy cycle may be similar to the hard-rock recycling on Earth, moving nutrients between surface ice and liquid ocean below, which in turn could help support life on the moon.

“What exactly plate tectonics is isn’t an answered question,” Fu says. The term, he says, has become a catchall that encompasses numerous physical features on Earth — mid-ocean ridges, subduction, moving continents — as well as geochemical processes like nutrient cycling. “But there’s no guarantee they always have to happen together.”

Scientists instinctively turn to Earth as a template for studying other worlds, and as an example of what to look for in the search for habitability, Elkins-Tanton says. “So many of the things we try to explain in the natural sciences relies on us being in the middle of the bell curve,” she says. “If it turns out we’re unusual, we’re a bit of an outlier, then explaining things is much harder.”

It may be that each world has its own eclectic history, she says. Earth’s happens to include the powerful cycle of plate tectonics. But life elsewhere might have found another way. — Carolyn Gramling

Questions or comments on this article? E-mail us at [email protected]

A version of this article appears in the January 16, 2021 issue of Science News.