大碰撞影響鎢同位素比例,火星形成時間或長達2千萬年

早期的太陽系十分混亂,有證據表明,火星很可能在其歷史早期被行星狀小行星,直徑達1930公里的小型原行星撞擊。

美國西南研究所(Southwest Research Institute, SWRI)的科學家建立了一個新模型,對火星核心和地幔形成後早期撞擊火星的大型分化彈丸(projectile,撞擊火星的小行星碎片)進行了高解析度、平滑粒模擬,認為早期的大碰撞可能改變了鎢同位素的比例,從而影響人們對火星形成時間的測算。

西南研究所撞擊火星的行星碎片模型

火星是如何形成的?早期大碰撞對其演化過程的影響幾何?數十億年的歷史已經穩定地消除了早期影響事件的證據。不過幸運的是,我們還能夠從一些殘留火星隕石中窺見一斑。

在地球上發現的約61000顆隕石中,有200顆左右是火星起源的。這些隕石中有許多嗜鐵元素(例如鎢和鉑),它們對鐵的親和力從中等到很高。這些元素在火星形成過程中傾向于從火星地幔遷移到其核心鐵心。隕石表明火星在其主要核心形成結束後的某個時候被小行星轟炸了。通過研究在地幔中局部產生的特定元素同位素的放射性衰變過程,有助於科學家瞭解火星形成的時間。

早期火星外觀模型圖,存在液態水、火山、行星轟擊跡象

SWRI發表在《科學進展》論文的主要作者西蒙•瑪律基(Simone Marchi)博士介紹:“我們知道火星從早期的大型碰撞中就獲得了鉑和金等元素。為研究這一過程,我們進行了平滑粒子流體動力學碰撞模擬。根據我們的模型,早期碰撞會產生異質的大理石蛋糕狀火星地幔。這些結果表明,火星形成的主要觀點可能因可用於研究的隕石數量有限而產生偏差。”

此前根據火星隕石中鎢同位素的比例,人們認為火星在太陽系開始形成後約2-4百萬年內迅速增長。SWRI團隊通過新模型認為,火星形成的時間可能長達2千萬年。

SWRI太空科學與工程部助理副總裁羅賓•坎普(Robin Canup)介紹,由足夠大的彈丸碰撞而形成的核和地幔可能會在火星早期的地幔中造成這些物質的異質混合。這可能會導致火星形成時間的解釋與假設所有彈丸都是小而均勻的解釋不同。

降落在地球上的火星隕石可能起源于火星上的少數幾個地方。SWRI團隊研究表明,火星地幔可能接受了各種不同的彈丸材料,從而導致鎢等嗜鐵元素濃度發生了變化。

 

 

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