水星表面45亿年前或存巨大岩浆洋

对水星探测器信使号数据的分析表明，这颗行星在形成之初可能有一个巨大的岩浆海洋。

科学家观察到水星上的岩石成分有奇怪的差异，这可能是由巨大的岩浆海洋形成的。随着时间的推移，岩浆海洋逐渐冷却，形成不同成分的晶体。冷却后，岩浆海洋再次融化，大量的熔融泥浆以大规模火山爆发的形式喷射到水星表面。

北京时间3月8日，根据麻省理工学院网站上的一份报告，科学家现在可以通过分析水星的表面，粗略地重现过去数十亿年中水星的地质历史。最近，根据对水星表面岩石化学成分的分析，来自麻省理工学院的科学家提出，水星表面可能在45亿年前形成后不久就有一个巨大的岩浆海洋。

科学家分析了美国宇航局信使号探测器的数据，该探测器自2011年3月以来一直围绕水星运行。那年晚些时候，科学家分析了信使号获得的x光荧光数据，发现水星表面有两种成分截然不同的岩石。这一发现提出了一个问题:什么样的地质过程会导致如此显著的成分差异？

为了回答这个问题，美国麻省理工学院的研究团队利用探测器获得的成分数据，在实验室中制备合成了两种类型的岩石，并模拟了两种类型的合成岩石在高温高压环境下经历的各种地质过程。通过这些实验，科学家们发现只有一种机制可以解释观察到的现象，那就是，曾经有一个巨大的岩浆海洋，它形成了两个不同的结晶层，并逐渐浓缩，然后又融化成岩浆，喷射到水星表面。

麻省理工学院的地质学教授蒂莫西·格罗夫说:“水星有趣的一点是它不是昨天发生的。事实上，水星的地壳至少有40亿年历史，所以这个岩浆海洋实际上是一个非常古老的产物。”

格罗夫，博士后研究生伯纳德·查理尔和麻省理工学院地球物理学和行星科学教授玛丽亚·祖伯共同完成了这项研究，并在最近出版的《地球和行星科学公报》上发表了研究结果。

复制水星岩石

当太阳耀斑爆发时，信使号探测器进入了水星轨道。作为离太阳最近的行星，水星受到了太阳的轰击。结果是它表面的岩石发出强烈的荧光光谱，这可以被科学家用x光光谱仪测量出来。测量结果有助于确定这些表面物质的化学成分。

在信使号环绕水星的轨道上，它的x光分光计测量了水星表面物质发出的x光辐射。2011年9月，MESSENGER的科学团队在这些光谱中发现了一些峰，每个峰代表一种石化元素。通过这些数据，科学家已经确定了水星表面的两种主要岩石类型。

格罗夫、查理和朱伯开始试图找出构成差异的原因。首先，基于这些化学成分数据，他们推断出可能构成岩石的物质，如氧化镁、二氧化硅和氧化铝。最后，用格罗夫的话说，他们得到的是“大量氧化物”随后，研究小组根据数据中反映的这些物质的组成比例，在实验室中制备了模拟岩石样品。格罗夫说:“我们按比例准备了岩石样本，这样我们就可以获得与水星表面成分相同的模拟岩石。”

熔融结晶

随后，研究小组将这些准备好的岩石样品放入高温炉中熔化，先升温后降温，模拟导致汞结晶的地质过程，最终形成岩石产品。格罗夫说:“你可以想象会发生什么。随着熔融岩石逐渐冷却，结晶过程开始，剩余岩浆的成分也发生了变化。”

冷却样品后，研究小组选择微小的晶体颗粒和熔化的基质样品进行分析。起初，研究人员试图找出这两种岩石成分之间可能的关联。例如，也许两种岩石成分最初来自同一个地方，因为一种成分结晶得更快，另一种结晶得更慢，这导致了成分的差异。

然而，格罗夫的团队发现，这两种岩石成分之间的差异太大，无法用同源性理论来解释。相反，它们可能来自水星上两个完全不同的区域。对这一现象最简单的解释是，随着时间的推移，巨大的岩浆海洋逐渐冷却，形成不同成分的晶体。冷却后，岩浆海洋再次融化，大量的熔融泥浆以大规模火山爆发的形式喷射到水星表面。

格罗夫认为岩浆海洋存在很早，可能在水星形成后100万到1000万年内，其原因可能是之前形成水星的剧烈过程。随着太阳星云逐渐凝结，大量的小物质块相互碰撞，逐渐增生并变得更大，形成原始的小行星，并在碰撞和合并中形成大行星的雏形。这种早期的碰撞和增生过程可能会导致行星表面的完全融化，使岩浆海洋的可能性成为现实。查理说:“探测器获得的数据必须与实验室实验的结果相结合。尽管这些数据本身很有价值，但这些实验可以让科学家更进一步，解释行星的演化历史。”

拉里·尼特勒是华盛顿卡内基学院地磁研究系的科学家。他是第一个领导研究团队从信使数据中识别两种不同岩石类型的人。他说麻省理工学院的实验结果揭示了水星非常可能的早期进化历史。

尼特勒说:“我们正在逐步填补更多的空白，未来可能会有新的发展。然而，这项研究确实为将来面对新数据时的思考建立了一个框架。”他说:“从令人兴奋的数据到真正的理解，这项工作已经向前迈出了重要的一步。”阅读更多关于麻省理工学院网站的信息