水星奇異的核心可能是與其孿生星相撞的結(jié)果

太陽系中充滿了謎團。雖然有時看起來我們學到了很多東西，但你可以選擇太陽系中的任何物體，并很快想出懸而未決的問題。對于微小的汞.

水星的神秘在于它的核心。1960 年代和 1970 年代的地面無線電觀測表明它有一個巨大的核心。

這水手 101975 年的任務，即第一次前往水星的任務，提供了更準確的測量結(jié)果，而 2010 年至 2015 年的信使任務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%）。這有時被稱為“水星問題”。

水星直徑約2400公里，核心長1800公里。地球直徑約12,700公里，核心直徑約7,000公里。（左：NASA-APL/右：作者IsadoraofIbiza - 文件：地球poster.svg， CC BY 3.0)

水星問題的主要工作假設是，這顆行星是與不同大小的物體碰撞的受害者。災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。

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

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

“與太陽系的其他巖石行星相比，人們對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)，它通常被認為是巨大撞擊的產(chǎn)物。然而，大多數(shù)研究假設質(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，一個質(zhì)量是當前水星 2.25 倍的行星胚胎（原始水星）與一個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，那么還會發(fā)生什么？

根據(jù)詳細的數(shù)值模擬，在年輕的太陽系中，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)計和動態(tài)的角度來看，這是一個更合理的情況，“主要作者佛朗哥在一份聲明中說新聞稿.

“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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早期的太陽系比現(xiàn)在更加混亂和混亂。巖石行星胚胎在太陽系內(nèi)部爭奪位置，目前尚不清楚哪些胚胎最終會成為行星。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：“它們是行星胚胎苗圃中不斷進化的物體，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)向平滑粒子流體動力學（SPH）模擬來測試這個想法。這種廣泛使用的方法模擬氣體、液體和固體在運動時的行為。SPH 模擬在行星之間的碰撞等碰撞環(huán)境中特別有用。

“通過對平滑粒子流體動力學的詳細模擬，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。

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。

這些模擬屏幕截圖顯示了撞擊事件是如何進行的?！霸妓牵?.13 M⊕）由粉紅色地幔和綠松石色核心代表。目標由紅色地幔和黃色核心表示，“作者解釋道。沖擊速度相對較低，沖擊角度為32.5度。（b）和（c）顯示了撞擊和材料被炸走。（d）顯示了0.056個地球質(zhì)量的候選水星，非常接近測得的0.055個地球質(zhì)量。（佛朗哥等人，納塔斯特., 2025)

“我們假設水星最初的成分與其他類地行星相似。碰撞會剝離其原始地幔的 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)會發(fā)生什么？對不同大小物體之間的撞擊進行建模會導致水星重新吸積大部分損失的質(zhì)量，在這種情況下，水星將不會具有現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)。

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

“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)可能會被噴射出來并且再也不會返回，這保留了巖心和地幔之間的不成比例，”佛朗哥爭辯道。

在太陽系早期，條件可能會阻止質(zhì)量重新吸積。

作者寫道：“這項工作中提出的情景發(fā)生在行星形成的最初數(shù)千萬年期間，當時有幾種機制可以阻止大量碎片重新吸積。

會有許多星子和行星胚胎可能會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程中并入的，也許是金星。這是一個仍然需要更深入地研究的假設，“研究人員說。

擴大這一理解不僅需要對水星進行地球化學調(diào)查，還需要對隕石進行地球化學調(diào)查，甚至可能對水星本身的樣本進行研究。

水星采樣返回任務有一些概念，但它們僅限于概念狀態(tài)。在 2000 年代中期，歐空局研究了一項太陽帆的想法，以進行水星樣本返回任務，但這與其說是一個提案，不如說是一個思想實驗。

盡管如此，太陽帆的想法不會消失。