行星碰撞可以降低行星的内部压力

加州理工学院的一项新研究表明，巨大的撞击可以大大降低行星的内部压力，这一发现可能会显着改变当前的行星形成模型。

这些影响，例如大约45亿年前被认为导致地球月球形成的影响，可能会引起核心和地幔压力的随机波动，这可以解释地球地幔中令人费解的地球化学特征。

“以前的研究错误地认为行星的内部压力只是行星质量的函数，因此随着行星的增长它会不断增加。我们已经证明，压力可以在受到重大影响后暂时改变，其次是随着冲击后的身体恢复，压力会长期增加。这一发现对地球的化学结构和随后的进化产生了重大影响，“加州理工学院博士后研究员，一篇论文的主要作者，解释新模型的Simon Lock说。由Science Advances于9月4日出版。

Lock与同事Sarah Stewart(博士'02)，加州大学戴维斯分校行星科学教授，2018年麦克阿瑟研究员，以及加州理工学院地质和行星科学部门的校友共同撰写了论文。

行星系统通常以灰尘盘的形式开始，缓慢地聚集到岩石体中。这个过程的主要阶段结束的特点是行星大小的物体之间的高能碰撞，因为它们合并形成最终的行星。

这些冲击的冲击能量可以使行星的大部分区域蒸发，甚至可以认为，在形成月球的冲击中发生这种冲击，将两个碰撞体暂时转变成一个被称为“synestia”的旋转环形行星材料。后来冷却回一个或多个球体。

洛克和斯图尔特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和1.1地球质量之间的物体的碰撞，并发现碰撞后，它们的内部压力远低于预期。他们发现压力的降低是由多种因素共同作用的结果：碰撞产生的快速旋转产生了一种抵抗重力的离心力，本质上是推动材料远离旋转轴; 和热的，部分蒸发的身体的低密度。

“我们没有直接观察到类地行星的增长。事实证明，行星的物理特性在碰撞生长过程中会发生巨大的变化。我们对行星形成的新观点比以前的模型更加变化和充满活力。为以前数据的新解释打开了大门，“斯图尔特说。

最终结果是，主要影响可以显着降低行星的内部压力。像一个被认为形成月球的撞击之后的压力可能是当今地球的一半。

如果这是真的，这一发现可能有助于调和地球地幔地球化学与行星形成物理模型之间长期存在的矛盾。

随着原始地球的增长，与之相撞的每个物体都将金属输送到地幔中。每次撞击后，金属从地幔中吸收少量其他元素，然后沉入岩心 - 用它拖动这些元素。溶解到金属中的每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期间的地幔压力。

今天对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的压力下。然而，巨大的撞击模型表明，这种撞击会使大部分地幔融化，因此地幔应该记录出更高的压力 - 相当于我们现在在核心上方看到的压力。地球化学观测和物理模型之间的这种异常是科学家长期以来试图解释的。

通过显示巨大影响后的压力低于先前的预期，洛克和斯图尔特可能已经找到了解决这一难题的物理机制。

接下来，洛克和斯图尔特计划使用他们的结果来计算地层压力的随机变化如何影响行星的化学结构。洛克说他们还将继续研究行星如何从巨大的撞击中恢复过来“我们已经证明，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的第一次影响有何影响?地壳形成?这是一个尚未开发的全新领域，“他说。

该论文的标题是“巨型撞击随机改变陆地行星的内部压力”。

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