水星奇異的核心可能是與其孿生星相撞的結(jié)果

太陽(yáng)系中充滿了謎團(tuán)。雖然有時(shí)看起來(lái)我們學(xué)到了很多東西，但你可以選擇太陽(yáng)系中的任何物體，并很快想出懸而未決的問(wèn)題。對(duì)于微小的汞.

水星的神秘在于它的核心。1960 年代和 1970 年代的地面無(wú)線電觀測(cè)表明它有一個(gè)巨大的核心。

這水手 101975 年的任務(wù)，即第一次前往水星的任務(wù)，提供了更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，而 2010 年至 2015 年的信使任務(wù)提供了最令人信服的證據(jù)，證明這顆行星的核心是巨大的。

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出于某種原因，這顆小型行星的核心約占其質(zhì)量的 70%。這比地球的核心（30%）大得多，而且火星' 核心 （25%）。這有時(shí)被稱為“水星問(wèn)題”。

水星問(wèn)題的主要工作假設(shè)是，這顆行星是與不同大小的物體碰撞的受害者。災(zāi)難性的碰撞剝離了行星的大部分地幔和地殼，只留下一層薄薄的地殼和地幔覆蓋在巨大的核心上。

不幸的是，模擬表明質(zhì)量非常不同的物體之間的碰撞非常罕見。

新研究自然天文學(xué)說(shuō)雖然水星與另一個(gè)物體之間的碰撞導(dǎo)致了水星不尋常的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但另一個(gè)物體并不比水星大。

它的標(biāo)題是水星的形成是通過(guò)涉及類似質(zhì)量天體的掠牧巨型碰撞形成的.主要作者是來(lái)自法國(guó)巴黎 CNRS 巴黎西岱大學(xué)巴黎地球物理研究所的 Patrick Franco。

“與太陽(yáng)系的其他巖石行星相比，人們對(duì)水星的起源仍然知之甚少，”佛朗哥和他的合作研究人員寫道。

“為了解釋它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它通常被認(rèn)為是巨大撞擊的產(chǎn)物。然而，大多數(shù)研究假設(shè)質(zhì)量截然不同的天體之間存在雙星碰撞，根據(jù) N 體模擬，這似乎不太可能。

它們稀有的原因之一是撞擊器在撞擊前必須處于極其偏心的軌道上，這種情況很少見。

巨型撞擊情景提出，一個(gè)質(zhì)量是當(dāng)前水星 2.25 倍的行星胚胎（原始水星）與一個(gè)比它小六倍的物體之間的撞擊移除了胚胎的地幔，剩下的類似于水星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

但是，如果這些類型的不匹配碰撞很少見，那么還會(huì)發(fā)生什么？

根據(jù)詳細(xì)的數(shù)值模擬，在年輕的太陽(yáng)系中，具有相似質(zhì)量的物體之間的碰撞更為常見。研究人員表示，與巨型撞擊情景相反，只需要具有類似質(zhì)量物體的掠食撞擊就可以解釋水星及其不尋常的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

“通過(guò)模擬，我們表明水星的形成不需要特殊的碰撞。兩顆質(zhì)量相似的原行星之間的掠食撞擊可以解釋其成分。從統(tǒng)計(jì)和動(dòng)態(tài)的角度來(lái)看，這是一個(gè)更合理的情況，“主要作者佛朗哥在一份聲明中說(shuō)新聞稿.

“我們的工作基于之前模擬中的發(fā)現(xiàn)，即非常不平等的物體之間的碰撞是極其罕見的事件。質(zhì)量相似的物體之間的碰撞更為常見，該研究的目的正是驗(yàn)證這些碰撞是否能夠產(chǎn)生具有水星中觀察到的特征的行星。

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早期的太陽(yáng)系比現(xiàn)在更加混亂和混亂。巖石行星胚胎在太陽(yáng)系內(nèi)部爭(zhēng)奪位置，目前尚不清楚哪些胚胎最終會(huì)成為行星。在那種環(huán)境中，相似質(zhì)量物體之間發(fā)生碰撞的可能性要大得多。

佛朗哥說(shuō)：“它們是行星胚胎苗圃中不斷進(jìn)化的物體，在引力作用下相互作用，相互干擾彼此的軌道，甚至碰撞，直到只剩下我們今天所知道的明確且穩(wěn)定的軌道配置。

佛朗哥和他的合作研究人員轉(zhuǎn)向平滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH） 模擬來(lái)測(cè)試這個(gè)想法。這種廣泛使用的方法模擬氣體、液體和固體在運(yùn)動(dòng)時(shí)的行為。SPH 模擬在行星之間的碰撞等碰撞環(huán)境中特別有用。

“通過(guò)對(duì)平滑粒子流體動(dòng)力學(xué)的詳細(xì)模擬，我們發(fā)現(xiàn)可以高精度地再現(xiàn)汞的總質(zhì)量及其不尋常的金屬與硅酸鹽比率。該模型的誤差幅度不到 5%，“佛朗哥說(shuō)。

其不尋常的金屬與硅酸鹽比率是指巖心是金屬的，而地幔和地殼是硅酸鹽的。

“我們假設(shè)水星最初的成分與其他類地行星相似。碰撞會(huì)剝離其原始地幔的 60%，這可以解釋其金屬豐度的提高，“佛朗哥解釋道。

但是，如果水星是大規(guī)模剝離碰撞的結(jié)果，那么被炸入太空的物質(zhì)會(huì)發(fā)生什么？對(duì)不同大小物體之間的撞擊進(jìn)行建模會(huì)導(dǎo)致水星重新吸積大部分損失的質(zhì)量，在這種情況下，水星將不會(huì)具有現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)。

“在這些情況下，碰撞過(guò)程中撕裂的物質(zhì)會(huì)被行星本身重新整合。如果是這樣的話，水星就不會(huì)表現(xiàn)出目前核心和地幔之間的不成比例，“佛朗哥說(shuō)。

“但在我們提出的模型中，根據(jù)初始條件，部分被撕裂的物質(zhì)可能會(huì)被噴射出來(lái)并且再也不會(huì)返回，這保留了巖心和地幔之間的不成比例，”佛朗哥爭(zhēng)辯道。

在太陽(yáng)系早期，條件可能會(huì)阻止質(zhì)量重新吸積。

作者寫道：“這項(xiàng)工作中提出的情景發(fā)生在行星形成的最初數(shù)千萬(wàn)年期間，當(dāng)時(shí)有幾種機(jī)制可以阻止大量碎片重新吸積。

會(huì)有許多星子和行星胚胎可能會(huì)在引力作用下散落碎片。

另一種可能性是它的鄰居金星由于影響，最終變得更大一些。

“如果撞擊發(fā)生在附近的軌道上，一種可能性是這種物質(zhì)是由另一顆行星在形成過(guò)程中并入的，也許是金星。這是一個(gè)仍然需要更深入地研究的假設(shè)，“研究人員說(shuō)。

擴(kuò)大這一理解不僅需要對(duì)水星進(jìn)行地球化學(xué)調(diào)查，還需要對(duì)隕石進(jìn)行地球化學(xué)調(diào)查，甚至可能對(duì)水星本身的樣本進(jìn)行研究。

水星采樣返回任務(wù)有一些概念，但它們僅限于概念狀態(tài)。在 2000 年代中期，歐空局研究了一項(xiàng)太陽(yáng)帆的想法，以進(jìn)行水星樣本返回任務(wù)，但這與其說(shuō)是一個(gè)提案，不如說(shuō)是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。

盡管如此，太陽(yáng)帆的想法不會(huì)消失。

歐空局/日本宇宙航空母艦 BepiColombo 任務(wù)將于 2026 年到達(dá)水星，并配備一對(duì)互補(bǔ)軌道飛行器，將對(duì)水星進(jìn)行全面研究。

他們總共攜帶了 20 多臺(tái)科學(xué)儀器。它將測(cè)量水星的固體和液體核心并確定它們的大小。它還將繪制行星的磁場(chǎng)和重力場(chǎng)。

結(jié)果可能無(wú)法證實(shí)這一新的撞擊假說(shuō)，但更詳細(xì)的數(shù)據(jù)無(wú)疑將推進(jìn)對(duì)水星的科學(xué)理解。

“水星仍然是我們系統(tǒng)中探索最少的行星。但這種情況正在改變。新一代的研究和任務(wù)正在進(jìn)行中，許多有趣的事情尚未到來(lái)，“佛朗哥說(shuō)。

本文最初發(fā)表于今日宇宙.閱讀原文.

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