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水星并不是科学家想象的那样：新研究揭示了一个令人惊讶的不同表面
从微小的玻璃珠和月球到水星的地图，一项新研究使用间接方法来确定水星表面的二氧化硅含量。水星表面的二氧化硅含量似乎比研究人员之前估计的要少得多。一项新的分析表明，该化合物的质量含量约为 37%，高达 [...]
来源:SciTech日报从微小的玻璃珠和月球到水星的地图，一项新研究使用间接方法来确定水星表面的二氧化硅含量。
水星表面的二氧化硅含量似乎比研究人员之前估计的要少得多。一项新的分析表明，这种化合物的质量含量约为 37%，比之前的估计低了 25%，这一发现表明，地球的火山岩可能是由地幔物质形成的，其融化程度比之前的假设更深。
这一结果为了解与地球截然不同的火山历史提供了一个新的窗口。水星是最小的行星，距离太阳最近，很可能很早就冷却了。在地球形成大约十亿年后，它的火山活动基本上停止了，留下了坚固、连续的地壳。相比之下，地球通过火山活动和板块构造保持地质活跃。水星早期活动如何形成今天所见表面的细节仍不确定。
来自马克斯·普朗克太阳系研究所以及德国明斯特大学和哥廷根大学的研究人员以比以前更高的精度测定了水星的二氧化硅含量。他们的研究结果发表在《行星研究》杂志上。
水星中的二氧化硅含量低于预期
二氧化硅由一个硅原子和两个氧原子组成，在地球上很常见。它以沙子的形式存在，是火山岩的重要组成部分，包括玄武岩、安山岩和花岗岩，其中一些火山岩的二氧化硅含量高达 75%。
水星似乎有所不同。
“我们的研究结果表明，水星上的火山岩是由比之前假设的更深层熔化的地幔物质形成的，”新研究的主要作者、MPS“实验实验室岩浆海洋”研究组组长 Christian Renggli 说。
解释在于年轻行星的地幔在冷却时如何变化。第一批凝固的岩石从剩余的熔融材料中去除了相对少量的二氧化硅。随着冷却的继续，二氧化硅在熔体中的浓度越来越高，因此稍后到达表面的熔岩中可能含有更多的二氧化硅。因此，水星表面的丰度相对较低，表明水星内部的温度较高。
研究人员注意到另一种可能性。水星的地壳中曾经可能含有更多的二氧化硅，并随着时间的推移逐渐失去氧气。
无样本表示间接测量
确定哪种解释是正确的很困难，因为科学家没有水星碎片可以直接分析。没有着陆器到达其表面，也没有岩石样本返回地球。研究人员必须根据望远镜和航天器的遥感观测来推断行星的组成。
来自水星表面的红外辐射提供了一种方法。但在将这些测量结果转化为二氧化硅丰度的估计值之前，研究人员需要一种可靠的方法来校准它们。
他们首先在实验室制作直径约半毫米（0.02 英寸）的微小玻璃珠，每个玻璃珠都含有精确控制的二氧化硅比例。然后他们测量了这些样品的红外特性。
月球对该方法进行了测试
在对水星进行校准之前，该团队在一个更大的自然目标上进行了测试，其测量结果可以独立检查：月球。
BepiColombo 可以锐化图片
DOI：10.53480/br74-m226
“玻璃珠的功能与秤上的校准砝码类似，”明斯特大学的 Iris Weber 解释道。 “它们的重量是精确已知的。因此，它们使我们能够正确地解释天平的平衡。同样，玻璃珠使我们能够从红外辐射的特性中得出正确的结论。”
美国宇航局的月球勘测轨道飞行器自 2009 年以来一直围绕月球运行，以高空间分辨率绘制了月球表面的红外辐射图。利用这些观测结果，研究人员绘制了月球表面第一张完整的二氧化硅地图。
至关重要的是，他们可以将结果与载人和无人任务从不同地点返回地球的实际月球岩石进行比较。该协议对他们在红外辐射和二氧化硅含量之间建立的关系进行了测试。
“月球对我们来说是一种试金石，也是我们通往水星的重要概念垫脚石。”第一作者、MPS“岩浆海洋实验实验室”研究小组组长 Christian Renggli 说道。
该方法通过了这次月球测试后，研究人员才将其应用于水星的红外观测。这些数据包括亚利桑那州斯图尔特天文台的博克望远镜收集的测量结果。
研究人员现在希望欧空局的 BepiColombo 任务能够对水星出人意料的低二氧化硅丰度进行独立测试。该航天器由 ESA 和 JAXA 提供的两个可分离探测器组成，计划于 2026 年 11 月进入水星周围轨道。
在此之前，这两个探测器计划于 2026 年 9 月 3 日与运输舱分离。BepiColombo 的 MERTIS 仪器是在 DLR 的领导下与明斯特大学行星学研究所共同开发和建造的，预计将以更高的精度和空间分辨率收集红外测量结果。
“我们的研究为从 BepiColombo 的测量中获得有关水星表面二氧化硅含量的最准确信息奠定了基础，”Christian Renggli 说道。
参考文献：“月球和水星表面的 SiO2 丰度”，作者：Christian Renggli、Andreas Morlok、Iris Weber、Maximilian P. Reitze、Tommaso Di Rocco、Jasper Berndt、Andreas Pack 和 Harald Hiesinger，2026 年 8 月 27 日，行星研究。
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