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加州理工学院的一项新研究表明，巨大撞击可以极大地降低行星的内部压力，这一发现可能会显著改变目前行星形成的模式。这些撞击，例如被认为在大约45亿年前导致地球卫星月球形成的撞击，可能会导致内核和地幔压力的随机波动，这将解释地球地幔中一些令人费解的地球化学特征。以前的研究，错误地假设行星内部压力仅仅是行星质量的函数，因此它随着行星的增长而不断增加。
新研究表明，在巨大撞击后，压力可以暂时改变，随着撞击后星体的恢复，压力会随着时间的延长而增加。在发表在《科学进步》期刊上研究主要作者，加州理工大学博士后研究员西蒙·洛克(Simon Lock)说表示：这一发现对地球的化学结构和随后演化有重大影响。行星系统通常从一个尘埃圆盘开始，慢慢地堆积成岩石物体。
这个过程的主要阶段结束是行星大小物体之间的高能碰撞，因为它们聚集在一起形成最终的行星。这些撞击的冲击能量可以蒸发行星大部分，甚至，就像人们认为形成月球的撞击所发生那样，将两个碰撞的物体暂时变成一个旋转行星物质圆环，称为“synestia”，随后冷却回一个或多个球形物体。
研究人员使用巨型撞击和行星结构的计算模型来模拟形成质量在0.9到1.1地球质量之间天体的碰撞，并发现在碰撞之后，内部压力比预期的要低得多。研究发现，压力的下降是由于多种因素的结合：碰撞带来的快速旋转。旋转产生了离心力，本质上是将物质推离自旋轴；以及热的，部分低密度蒸发物体。还没有直接观测到类地行星的形成，事实证明，行星的物理性质在因碰撞而增长的过程中可能会发生巨大变化。
对行星形成的新观点比以前模型更加多变和充满活力，这为对以前的数据进行新解释打开了大门。最终的结果是，巨大撞击可以显着降低行星内部压力，形成月球的撞击之后，压力可能是今天地球压力的一半。如果是真的，这一发现可能有助于调和地球地幔的地球化学和行星形成物理模型之间长期存在的矛盾。随着原生地球的成长，与之碰撞的每一个物体都将金属送入地幔。每次撞击后，金属都会从地幔中吸收少量其他元素，然后随着这些元素一起下沉到地核。
溶解在金属中每一种元素的量，部分地由地球的内部压力决定。因此，今天地幔的化学成分记录了行星形成过程中的地幔压力。今天对地球地幔中金属的研究表明，这种吸收过程发生在今天地幔中部发现的压力下。然而，巨大撞击的模型显示，这种撞击融化了大部分地幔，因此地幔应该记录了更高的压力，相当于现在看到核心上的压力。地球化学观测和物理模型之间的这种异常，是科学家们长期寻求解释的一个问题。
通过显示巨大撞击后压力比之前认为的要低，本研究可能已经找到了解决这个难题的物理机制，接下来研究人员计划使用结果来计算在形成过程中压力的随机变化如何影响行星化学结构。同时还将继续研究行星如何从巨大撞击的创伤中恢复过来，随着行星的恢复，行星的压力会急剧增加，但这对地幔如何凝固或地球第一个地壳是如何形成，有什么影响？这是一个有待探索的全新领域。
博科园｜研究/来自：加州理工学院
参考期刊《科学进展》
DOI: 10.1126/sciadv.aav3746
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