新研究揭示水星形成的新机制：相似质量天体的碰撞

信息来源：https://phys.org/news/2025-09-collision-bodies-similar-mass-formation.html

水星的形成一直是天文学领域的一个未解之谜，这颗离太阳最近的行星拥有一个占其质量70%的巨大金属核心和相对较小的岩石地幔。关于其独特组成的传统理论认为，水星是在与一个大型天体发生灾难性碰撞后，失去了大部分的地壳和地幔。然而，这一假设面临着许多挑战，特别是关于相似质量天体之间碰撞的稀有性。

最新的研究发表在《自然天文学》杂志上，提供了一种新的解释，认为相似质量的天体之间的掠食性撞击可能是水星形成的重要机制。巴西国家天文台的天文学家帕特里克·佛朗哥作为该研究的第一作者，强调了这一发现的重要性。

相似质量天体的掠过碰撞

a–d，快照之间的时间间隔显示在左上角，并且不等距。每个快照中的空间比例和方向显示在每个面板的底部。原始水星（0.13 M）由粉红色地幔和绿松石色核心表示。目标由红色地幔和黄色核心表示。撞击角度为32.5°，撞击速度相对较低：22.3 km s。模拟的总时间跨度为48小时。a，初始设置，就在撞击之前，两个岩心质量比为0.3的天体，其特征是以岩石成分为主。b，c，碰撞的中间步骤。d，48 小时后形成的候选水星，Z 为 0.68，质量为 0.056 M，这两个值都与当前水星的值极为接近。图片来源：自然天文学 （2025）。DOI：10.1038/s41550-025-02582-y⊕−1铁⊕

在对早期太阳系的动力学模拟中，佛朗哥及其研究团队发现，尽管一般的传统假说强调极不平等的物体之间的碰撞，但实际情况是，相似大小的天体之间的交互作用更为常见。这类天体在太阳系初期相互作用并导致了它们的轨道扰动，最终可能引发碰撞。

“我们的模拟表明，水星的形成过程并不需要特定的大型碰撞。两颗相似质量的原行星之间的接近碰撞已经足以解释水星的特性”，佛朗哥表示。

这一假设提出在太阳系形成的相对晚期，靠近太阳的区域存在许多相似大小的岩石体，这些天体在引力影响下相互混合、碰撞，最终形成了我们今天所知的行星。

模拟的新方法

为了验证这一理论，研究人员采用了一种称为平滑粒子流体动力学（SPH）的数值模拟方法。SPH能够精确模拟流体和固体材料的运动，尤其在涉及形变、碰撞和断裂的情况下表现优秀。佛朗哥强调，他们的模拟结果能够高度准确地再现水星的总质量及其金属与硅酸盐成分的比例，并且误差幅度小于5%。

“我们的假设认为水星过去的组成与其他类地行星相似。模拟中，碰撞过程剥离了水星大约60%的原地幔，从而导致其金属丰度的增加。”这样的解释与实际观察相结合，提供了对水星成分分布更清晰的理解。

探索更多未解之谜

作为全球对行星形成与进化研究的重要部分，这个新模型不仅提升了对水星形成的解释能力，同时也拓展了研究的深度和广度。佛朗哥指出，进一步的研究将有助于比较陨石的地球化学数据和其他岩石行星的形成机制，从而解析早期太阳系的物质流动及分化过程。

研究人员还期望与正在进行的水星探测任务取得成果，如欧洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的BepiColombo任务，这些任务有望获得更多实际的地质和化学数据，为理论模型提供实际验证。

尽管水星仍然是我们太阳系中探索最少的行星，但随着新的研究和空间任务的推进，科学界正朝着揭示这一神秘行星的成因迈出重要一步。未来的研究不仅将关注水星，也将致力于探索其他岩石行星的形成与演变，为理解太阳系的历史提供更加清晰的视野。

随着科学的不断进步，这些新发现将有助于解开宇宙的重要谜题，进一步推动我们对行星形成和演化科学的理解。