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火星历史早期被许多行星击中,形成所需时间比认为的要长

2020-02-14 13:19科技 人已围观

简介地球上大约有61,000个陨石,或者至少已经发现了这么多。其中大约200个非常特别:它们来自火星。那200颗陨石是火星在早期太阳系中如何形成的重要线索。我们知道,火星过去是一个非...



地球上大约有61,000个陨石,或者至少已经发现了这么多。其中大约200个非常特别:它们来自火星。那200颗陨石是火星在早期太阳系中如何形成的重要线索。我们知道,火星过去是一个非常不同的地方。火星最古老的表面显示出水,火山活动和小行星撞击的迹象,小行星被定义为原行星,直径约1930公里(1200英里)。但是,数十亿年的过去消除了火星形成的许多线索,除了陨石。

对火星的某些撞击足以将流星射入太空,其中一些流星以陨石的形式撞击地球。这些陨石包含大量元素,例如钨和铂。钨和铂与铁具有亲合力,在火星融化的早期,钨和铂会与铁一起沉入地球的核心。

火星早期是一个完全不同的地方,火山活动活跃,海洋和大气层很大。但是,关于它的历史和形成,我们还有很多不知道的地方。该图显示了早在40亿年前在火星上形成的阿拉伯海(左图,蓝色)的样子,而约36亿年前的氘核大洋的海岸线较小。

因此,我们在地球上发现的火星陨石是撞击初期的火星地壳样本。由于撞击时钨和铂没有出现在地壳中,已经沉入岩心,因此它们一定来自其他地方。一项新的研究表明,陨石中的钨和铂来自撞击火星的小行星地壳,而不是来自火星最初的地壳。取而代之的是,火星形成所需的时间比想象的要长,在此期间,小行星撞击了火星,形成了被陨石采样的地壳。

这项研究的标题是“由于后期积聚而组成的异质火星地幔。” 主要作者是西南研究所(SwRI)的西蒙娜·马尔基(Simone Marchi)。该论文发表在《科学进展》杂志上。

如果小行星将其钨和铂沉积在火星表面,则意味着这些小行星在其历史晚些时候袭击了火星,这是在行星冷却并且主核已经形成之后。通过扩展,这意味着火星形成所需的时间比最初想象的要长。地壳放射性衰变导致流星中的同位素比强化了火星形成需要更多时间的想法。

以前,证据看起来像火星是在大约2到400万年内形成的。但是该结论很大程度上基于火星陨石及其钨同位素比。这项新研究表明,可用于研究的那些陨石数量有限,使结果有偏差。这种火星陨石被昵称为“黑美人”,发现于西北非洲。

“我们知道火星从早期的大型碰撞中得到了铂和金等元素。为了研究这一过程,我们进行了光滑粒子流体动力学影响模拟,” SwRI的《科学进展》论文的主要作者西蒙·马尔基博士说。根据我们的模型,早期碰撞会产生异质的大理石蛋糕状火星地幔。这些结果表明,火星形成的主要观点可能因可用于研究的陨石数量有限而产生偏差。”

陨石中钨同位素的比率得出的结论是,火星大约在2-4百万年内形成。但是,与具有自己外壳的小行星碰撞可能会改变火星外壳中钨比的平衡,这意味着火星形成需要长达2000万年的时间。这就是团队模型所显示的。

SwRI太空科学与工程部助理副总裁Robin Canup博士说:“足够大的弹丸碰撞而形成自己的核心和地幔,可能会在火星早期的地幔中造成这些物质的异质混合。” “与假定所有弹丸都是小而均匀的假设相比,这可能导致对火星形成时间的不同解释。”

该研究小组对火星核心和地幔形成后撞击火星的大型分化射弹进行了高分辨率,平滑粒子模拟。弹丸的核心和地幔颗粒分别用棕色和绿色的球体表示,显示出被吸收到火星地幔中的弹丸材料的局部浓度。图片来源:西南研究所。

火星陨石的问题之一是我们不确切知道它们起源于火星,我们也不知道它们是否是整个地壳的代表性样本,还是仅来自少数几个?位置。只有大约200个,因此它们不可能是多样化的样本。实际上,所有火星陨石更有可能来自相对较少的撞击。这项新的研究表明,火星地壳上的不同位置可能从不同的大弹丸中接收到不同浓度的物质。这需要不同浓度的铁元素。
 
理解火星的困难归因于缺乏样本。尽管火星陨石在科学上引人注目且引人入胜,但却不是代表性的样本。未来前往火星的任务有望返回更多样本进行研究。有了这些工具,科学家们将能够更好地了解当今火星地壳中爱好铁的岩石是如何变化的。反过来,这将有助于我们了解地球的形成历史。马尔基总结说:“要充分了解火星,我们需要了解最早和最具活力的碰撞在其演化和组成中所起的作用。”

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