水星诞生之谜！天文学家最新研究：一切源于一场惨烈的相撞！

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模拟显示，两个质量相近的天体发生近距离碰撞后，能够形成一个与水星特征高度吻合的新天体

水星的形成，至今仍是太阳系中的一个未解之谜。这颗距离太阳最近的行星，拥有一个与其自身体积不成比例的巨大金属核心——约占其总质量的70%——以及一层相对纤薄的岩石地幔。此前，最广为接受的解释是：一颗“原始水星”在与另一个大型天体发生灾难性的迎头撞击后，失去了大部分的地壳和地幔。然而，动力学模拟显示，这种涉及质量差异悬殊的天体之间的碰撞，在太阳系中极为罕见。

如今，一项发表于《自然·天文学》期刊的新研究，为此提出了另一种解释。新理论的依据是太阳系早期一种更为常见的事件类型——两个质量相近的天体之间发生的近距离“擦边”碰撞。该研究的第一作者帕特里克·弗朗哥，拥有巴西国家天文台的博士学位，现为法国巴黎地球物理研究所的博士后研究员。

弗朗哥指出：“通过模拟我们发现，水星的形成或许无需依赖某种极为特殊的碰撞事件。两个质量相近的原行星发生一次‘恰到好处’的擦边碰撞，就足以解释其独特的成分构成。从统计学和动力学的角度来看，这种情况发生的可能性要大得多。”

“我们的研究基于先前模拟的一个重要发现：质量悬殊的天体之间发生碰撞的概率极低。而质量相近天体之间的碰撞则更为常见，本研究正是要验证这类碰撞是否能够形成具有水星特征的行星。”

这种可能导致水星诞生的碰撞，发生在太阳系形成的相对后期阶段。当时，大小相近的岩质天体正在靠近太阳的内侧区域激烈地争夺空间。

“它们是处于演化过程中的天体，在行星胚胎的‘摇篮’中，它们相互施加引力，扰乱彼此的轨道，甚至发生碰撞，直至最终形成了我们今天所知的、拥有清晰稳定轨道的太阳系结构。”弗朗哥解释道。

为了重现这一假想情景，研究人员采用了一种名为“平滑粒子流体动力学”（SPH）的数值计算方法。该方法能够精确模拟气体、液体及固体材料的运动状态，尤其适用于模拟涉及巨大变形、剧烈碰撞或物质碎裂的场景。这一方法的核心，是采用了由数学家约瑟夫·路易·拉格朗日创立的分析方法，通过追踪构成系统的每一个粒子在空间中随时间的独立运动轨迹，来描述整个系统的演化过程。

“通过平滑粒子流体动力学的精细模拟，我们发现能够高精度地再现水星的总质量，及其异常的金属与硅酸盐比例，模型的误差率低于5%。”弗朗哥表示。该理论有助于解释，为何水星虽然拥有庞大的金属内核，其总质量却相对偏低，以及为何它只保留了一层薄薄的岩质物质。

“我们假设，水星最初的成分与其他类地行星相似。那次碰撞剥离了其原始地幔中高达60%的物质，这完美解释了其金属含量为何会异常增高。”研究人员阐释道。

此外，这个新模型也避免了先前“大撞击”假说中存在的局限性。“在那些假说中，碰撞撕裂的物质，有很大概率会被行星自身重新吸纳。如果真是这样，水星就不会呈现出当前这种核心与地幔的失衡状态。但在我们提出的模型中，根据初始条件的不同，部分被撕裂的物质可能会被抛射出去且永不回归，从而维持了这种不均衡的状态。”弗朗哥论证道。

由此引出的一个关键问题是：那些被抛射出去的物质，最终流向了何方？“如果撞击发生在邻近的轨道上，一种可能性是这些物质被另一颗正在形成的行星（例如金星）所吸纳。当然，这一假说仍需更深入的验证。”研究人员表示。

弗朗哥指出，该模型未来还可扩展至研究其他岩石行星的形成，并有助于理解太阳系早期的物质分异与流失机制。后续的研究，应结合陨石的地球化学数据，以及未来的太空任务从水星采集的样本进行比对——例如由欧洲航天局（ESA）与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）联合实施的“贝皮科伦坡”探测计划。

“水星仍是太阳系中最缺乏探索的行星之一，但这种情况正在改变，”弗兰科说，“新一代的研究与探测任务正在推进，未来必将有更多精彩的发现。”

水星的诞生故事或许远比我们想象的更为精妙。随着“贝皮科伦坡”号等探测器传回更多数据，这颗离太阳最近的行星，终将向我们揭示更多关于太阳系的往事。

从“大撞击”到“擦边球”，行星的形成过程充满了偶然与必然。你认为哪种理论更能解释水星的奇特之处？欢迎在评论区分享你的看法。

作者：何塞·塔德乌·阿兰特斯