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约翰逊航天中心的科学家们解开了水星表面的谜团

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摘要:美国航天局(NASA)约翰逊航天中心的科学家们已经解开了水星表面有些地方看起来很崭新但有些地方却十分有历史感这一久未解开的谜团。天体物质研究与探索科学部(Astromaterials Research and Exploration Science Division)的科学家们正为“信使号”探测器带回的数据忙碌着,这个探测器于2011到2015年期间环绕着水星工作。这一前所未有的壮举提供着我们的太阳系最内层行星连续的和近距离的观察,并显示出水星是极其多样化的。

约翰逊航天中心的科学家们解开了水星表面的谜团

约翰逊航天中心的科学家们解开了水星表面的谜团

首张水星地形图,也称为数字高程模型(Digital Elevation Mode,DEM),由信使号探测器拍摄的照片绘制而成,不同的颜色,标记水星表面不同的地势。

水星上的北部火山平原这一区域是很年轻的,然而其他地区就老气一些,它是由冲撞坑平原和环形山密布的地形构成。直到现在,人们也没有对这种异构成分是如何发展的有个很好的解释。

“我们认为行星们开始很热,几乎全部熔融了,”美国航天局博士后研究员、该项科研的首席作者阿斯玛-邦吉巴尔(Asmaa Boujibar)博士说到。“当他们冷却下来,会结晶出许多矿物质,在某种情况下,矿物质会分离形成行星地下不同的地质层。”

阿波罗任务时带回的月球矿物质样本是个非常好示例。邦吉巴尔(Boujibar)说到:“与此相比,地球就好似没有这些地质层,要么是因为矿物质从没分解过,要么就是因为地球表面板块运动,称为构造,又混合重组了。”至此约翰逊航天中心的科研小组着手于解答关于水星的大问题,了解其内部是否如月球一样的化学分层,或是与地球同质。先前的研究表明水星表面的异构,地幔组分分层类似于月球。

科研小组在约翰逊的实验性岩石学实验室进行了实验,模拟了行星内部的条件,使科学家在高压和高温的环境下进行研究材料。水星是太阳系行星中氧化最少的行星,它的铁多以金属或硫化物的形态,而非氧化物存在着。

球粒陨石拥有的合成物类似于太阳,被认为是构建行星岩石的基础材料。丰富的金属和降解的(或至少被氧化的)顽火辉石球粒陨石是构建水星基础材料的最佳候选者。研究人员将顽辉石球粒陨石合成物置于在水星内部深处找到的高压高温的环境下。

该小组的研究表明,分层地幔是不需要的。随着水星内部的同质物,各类大量熔体会从各处深层带向地表,这样可以解释表面的异质化合物。

“关键的发现是,通过在唯一一种化合物上改变压力和温度,可以制造出在水星表面发现的各种材料”邦吉巴尔(Boujibar)说。”

特别是研究表明水星上年长的地形是由位于核幔边界深部的物质熔化而形成,而年轻的地形由接近表面的物质形成。在还原条件下,硫溶解到硅酸盐地幔,也影响了熔化和熔体成分。压强和硫的组合效应解释了水星整体非均相表面的组成。

研究结果有着我们对太阳系形成认知的基本含义。他们表明,水星可能是由某一物质材料如顽辉石球粒陨石形成来的。这意味着三大天体 地球、月球和水星 可能是从类似的材料形成来的,这意味着太阳系内部,可能是由相同的物质材料而非我们通常认为的不同物质材料形成而来的。

展望未来,研究人员将寻求了解是否在其历史早期水星的地幔均质通过了对流,或是从未分层过,为什么水星有一个比其它行星更大的核心,是否有过一个巨大的冲击,剥离出地幔的一部分,和是否小行星本身就有巨大的地核。(翻译:派皮儿丸子子 校核:Darkwalker)

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