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惑星科学（またはまれに惑星学）は、天体（地球を含む惑星、衛星、小惑星、彗星など）および惑星系（特に太陽系のもの）とその形成過程を科学的に研究する学問です。微小隕石から巨大なガス惑星まで、さまざまなサイズの天体を研究し、それらの組成、力学、形成、相互関係、歴史を明らかにすることを目的としています。これは、もともと天文学と地球科学から発展した学際的な分野であり、[ 1 ]現在では、惑星地質学、宇宙化学、大気科学、物理学、海洋学、水文学、理論惑星科学、氷河学、系外惑星学など、多くの分野を取り入れています。[ 1 ]関連する分野には、太陽が太陽系の天体に及ぼす影響を扱う宇宙物理学や、宇宙生物学などがあります。
惑星科学には、相互に関連する観測分野と理論分野が存在する。観測研究は、主にリモートセンシングを用いたロボット探査機による宇宙探査と、地上研究所における比較実験を組み合わせたものとなる。理論分野は、コンピュータシミュレーションと数理モデル化を多用する。
惑星科学者は一般的に大学や研究センターの天文学・物理学科または地球科学科に所属していますが、世界中には惑星科学専門の研究所もいくつか存在します。通常、惑星科学者は大学院レベルで地球科学、天文学、天体物理学、地球物理学、物理学のいずれかを専攻し、惑星科学分野に研究の焦点を絞っています。毎年、いくつかの主要な学会が開催され、査読付き学術誌も数多く出版されています。一部の惑星科学者は民間の研究機関に勤務し、共同研究プロジェクトを主導することもよくあります。
惑星科学の歴史は、古代ギリシャの哲学者デモクリトス から始まったと言えるだろう。ヒッポリュトスはデモクリトスが次のように述べたと伝えている。
秩序ある世界は無限であり、大きさも異なり、太陽も月もない世界もあれば、太陽も月も我々より大きく、さらに数が多い世界もある。また、秩序ある世界間の間隔は不均等で、ある世界では長く、ある世界では短く、ある世界では成長し、ある世界では繁栄し、ある世界では衰退し、ある世界では誕生し、ある世界では衰退する。しかし、それらは互いに衝突して破壊される。また、秩序ある世界の中には、動物、植物、そして水が全く存在しない世界もある。これらの惑星は岩石惑星であり、他には何も存在せず、時には大気を持つこともあるが、居住には適さない。[ 2 ]
より近代になると、惑星科学は未解明の惑星の研究から天文学で始まった。この意味では、最初の惑星天文学者はガリレオであり、彼は木星の4つの最大の衛星、月の山々を発見し、土星の環を初めて観測した。これらはすべて、後に集中的に研究される対象となった。1609年のガリレオによる月の山々の研究は、地球外の景観の研究の始まりでもあった。「月の表面は確かに滑らかで磨かれたものではない」という彼の観察は、月や他の世界が「地球の表面そのもののように見えるかもしれない」ことを示唆していた。[ 3 ]
望遠鏡の構造と観測機器の解像度の進歩により、惑星の大気や表面の詳細をより詳細に特定することが可能になった。月は地球に近いため、当初は最も集中的に研究され、その表面には常に複雑な地形が見られた。そして、技術の進歩により、月に関する地質学的知識は徐々に詳細になっていった。この科学的プロセスにおいて、主な観測機器は天体光学望遠鏡（後に電波望遠鏡）であり、最終的には宇宙探査機などのロボット探査機が用いられるようになった。
太陽系は現在、比較的よく研究されており、この惑星系の形成と進化について全体的によく理解されています。しかし、未解決の問題が多数あり、[ 4 ] 、新しい発見の速度は非常に高く、これは現在太陽系を探査している多数の惑星間宇宙船によるものです。
惑星科学は、観測天文学と理論天文学、地質学（宇宙地質学）、大気科学、そして惑星海洋学と呼ばれる惑星海洋の新興の専門分野を研究する。[ 5 ]
これは観測科学と理論科学の両方の側面を持つ科学です。観測研究者は主に太陽系の小天体の研究に携わっており、光学望遠鏡や電波望遠鏡で観測されるこれらの天体について、形状、自転、表面物質、風化などの特性を明らかにし、その形成と進化の歴史を理解することを目指しています。
理論惑星天文学は、力学、すなわち天体力学の原理を太陽系および太陽系外惑星系に適用することに関心を持つ。太陽系研究に加えて、系外惑星を観測し、その物理的特性を決定する系外惑星学は、主要な研究分野である。各惑星にはそれぞれ独自の研究分野が存在する。
惑星科学では、地質学という用語は最も広い意味で使用され、惑星や衛星の表面と内部、つまり核から磁気圏までを研究することを意味します。惑星地質学で最もよく知られている研究テーマは、地球の近傍にある惑星体、つまり月と、その隣の2つの惑星である金星と火星に関するものです。これらのうち、月は地球で以前に開発された方法を使用して最初に研究されました。惑星地質学は、固体表面を示す、または構造の一部として重要な固体物理状態を持つ天体に焦点を当てています。惑星地質学は、惑星体に地質学、地球物理学、地球化学を適用します。[ 6 ]
地形学は惑星表面の地形を研究し、その形成過程を再構築し、表面に作用した物理的プロセスを推測する学問である。惑星地形学は、以下のようないくつかの種類の表面地形の研究を含む。
惑星表面の歴史は、ニコラス・ステノが地球の地層で最初に明らかにしたように、堆積順序に従って上から下へと地形をマッピングすることで解読できる。例えば、地層マッピングは、アポロ宇宙飛行士が月面ミッションで遭遇するであろう地質調査に備えるために役立った。月周回探査機（LOR）が撮影した画像から重なり合う地層が特定され、これらを用いて月の地層柱状図と地質図が作成された。
太陽系における天体の形成と進化に関する仮説を立てる際の主な問題の一つは、実験室で分析できるサンプルが不足していることである。実験室では、様々な分析ツールが利用可能であり、地球の地質学から得られた知識体系全体を活用できる。月、小惑星、火星からの直接サンプルは、母天体から分離され、隕石として地球上に存在している。これらの隕石の中には、地球の大気の酸化作用や生物圏の浸透によって汚染されているものもあるが、ここ数十年で南極から収集された隕石は、ほぼ完全に原形を保っている。
小惑星帯に由来するさまざまな種類の隕石は、分化した天体の構造のほぼすべての部分を網羅しています。核とマントルの境界から来た隕石（パラサイト）さえ存在します。地球化学と観測天文学の組み合わせにより、 HED隕石が小惑星帯の特定の小惑星、4ベスタに由来することも明らかになりました。
比較的少数の既知の火星隕石は、火星地殻の地球化学的組成に関する洞察を与えてきたが、多様な火星表面におけるそれらの起源に関する情報が必然的に不足しているため、火星岩石圏の進化に関する理論に詳細な制約を与えることはできない。[ 10 ] 2013年7月24日現在、地球上で65個の火星隕石のサンプルが発見されている。その多くは南極大陸またはサハラ砂漠で発見された。
アポロ計画の時代には、384キログラムの月のサンプルが収集され地球に運ばれ、ソ連のルナロボット3台も月面レゴリスのサンプルを地球に持ち帰りました。これらのサンプルは、地球以外の太陽系天体の組成に関する最も包括的な記録を提供します。月の隕石の数はここ数年で急速に増加しています[ 11 ] – 2008年4月現在、公式に月の隕石として分類されている隕石は54個あります。これらのうち11個は米国の南極隕石コレクション、6個は日本の南極隕石コレクション、残りの37個はアフリカ、オーストラリア、中東の暑い砂漠地帯からのものです。認識されている月の隕石の総質量は50キログラム（110ポンド）近くになります。
宇宙探査機によって、可視光領域だけでなく、電磁スペクトルの他の領域でもデータを収集することが可能になった。惑星は、重力と磁場という力場によって特徴づけられ、これらは地球物理学と宇宙物理学によって研究されている。
宇宙船が軌道を周回する際に受ける加速度の変化を測定することで、惑星の重力場の詳細な構造をマッピングすることが可能になった。例えば、1970年代には、月周回衛星によって月の海の上空の重力場の乱れが測定され、その結果、インブリウム盆地、セレニタティス盆地、クリシウム盆地、ネクタリス盆地、フモルム盆地の下に質量が集中するマスコンが発見された。
惑星の磁場が十分に強い場合、太陽風との相互作用によって惑星の周囲に磁気圏が形成されます。初期の宇宙探査機は、地球の磁場が太陽に向かって地球半径の約10倍まで広がっていることを発見しました。荷電粒子の流れである太陽風は、地球の磁場の外側と周囲を流れ、磁気尾の背後で数百地球半径下流まで続きます。磁気圏の内側には、太陽風粒子が比較的密集した領域があり、それがヴァン・アレン帯です。
惑星地球物理学には、地震学および構造物理学、地球物理流体力学、鉱物物理学、地球力学、数理地球物理学、および地球物理探査などが含まれるが、これらに限定されない。
惑星測地学（惑星測地学とも呼ばれる）は、太陽系の惑星、それらの重力場、および地球力学的現象（3次元の時間的に変化する空間における極運動）の測定と表現を扱います。測地学の科学は、天体物理学と惑星科学の両方の要素を含んでいます。地球の形状は、大部分が地球の自転の結果であり、自転によって赤道が膨らみ、プレートの衝突や火山活動などの地質学的プロセスと地球の重力場との競合によって形成されます。これらの原理は地球の固体表面（造山運動）に適用できます。10 km （6マイル）を超える山はほとんどなく、それより深い海溝もほとんどありません。なぜなら、例えば15 km（9マイル）もの高さの山は、重力によって基部に非常に大きな圧力がかかり、岩石が塑性変形を起こし、地質学的に取るに足らない時間で山が約10 km（6マイル）の高さまで崩れてしまうからです。これらの地質学的原理の一部または全部は、地球以外の惑星にも適用できます。例えば、表面重力がはるかに小さい火星では、最大の火山であるオリンポス山は頂上で27 km（17マイル）の高さがあり、これは地球では維持できない高さです。地球のジオイドは、基本的に地球の地形的特徴を抽象化した形状です。したがって、火星のジオイド（アレオイド）は、基本的に火星の地形的特徴を抽象化した形状です。測量と地図作成は、測地学。
大気は、惑星の固体表面と、より希薄な電離放射線帯との間の重要な遷移帯です。すべての惑星に大気があるわけではありません。大気の存在は惑星の質量と太陽からの距離に依存します。 遠すぎると、凍結した大気が発生します。4つの巨大惑星に加えて、4つの地球型惑星のうち3つ（地球、金星、火星）には、かなりの大気があります。2つの衛星、土星の衛星タイタンと海王星の衛星トリトンには、かなりの大気があります。水星の周りには、希薄な大気が存在します。
惑星の自転速度の影響は、大気の流れや気流に現れる。宇宙から見ると、これらの特徴は雲の中に帯状の模様や渦として現れ、特に木星と土星で顕著である。
系外惑星学は、太陽系の外に存在する惑星、すなわち系外惑星を研究する学問である。近年まで、系外惑星を研究する手段は極めて限られていたが、研究技術の革新が急速に進むにつれ、系外惑星学は天文学の分野として急速に発展している。
惑星科学では、研究対象への理解を深めるために、比較という手法が頻繁に用いられます。例えば、地球と土星の衛星タイタンの濃密な大気を比較したり、太陽からの距離が異なる外太陽系天体の進化を比較したり、地球型惑星の表面の地形を比較したりすることが挙げられます。
比較対象として最も適しているのは地球上の地形や特徴であり、地球の方がはるかにアクセスしやすく、より幅広い測定が可能である。地球類似の研究は、惑星地質学、地形学、そして大気科学において特に一般的である。
地上類似物の使用は、ギルバート（1886）によって初めて記述された。[ 8 ]
このリストは網羅的なものではなく、惑星科学分野で働く主要な研究者グループを擁する機関や大学を掲載しています。掲載順はアルファベット順です。
特定の分野に関する小規模なワークショップや会議は、年間を通して世界中で開催されている。