中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的李云國教授團(tuán)隊(duì)近期宣布，他們在研究火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面取得了關(guān)鍵性進(jìn)展。這項(xiàng)成果已于本月早些時(shí)候在《科學(xué)通報(bào)》期刊上發(fā)表，為理解火星乃至其他類地行星的演化提供了新的視角。
李云國教授的研究團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)的第一性原理自由能計(jì)算方法，深入探討了火星內(nèi)核與地幔分離的過程，即核幔分異。他們發(fā)現(xiàn)，這一過程發(fā)生在比先前估計(jì)更高溫度和壓力的環(huán)境中。核幔分異是類地行星演化過程中的一次重大物質(zhì)重組，對行星的長期演化具有決定性影響。因此，這一發(fā)現(xiàn)對揭示火星的形成和演化機(jī)制具有重要意義。
研究團(tuán)隊(duì)指出，以往科學(xué)家主要通過分析火星隕石中的元素含量來推測火星核幔分異的條件。然而，由于火星隕石樣本有限且火星核的具體成分不明，這種方法存在很大的不確定性。為了克服這一難題，李云國教授團(tuán)隊(duì)采用了第一性原理熱力學(xué)計(jì)算方法，模擬了液態(tài)鐵與硅酸鹽熔體之間氧化鐵的分配系數(shù)。
這項(xiàng)研究結(jié)合了美國“洞察”號火星探測器提供的火星化學(xué)組成數(shù)據(jù)，對火星的核幔分異過程進(jìn)行了重新評估。研究結(jié)果顯示，火星的核幔分異發(fā)生在超過2440K的溫度和14至22GPa的壓力下。這些估計(jì)值高于先前的報(bào)道，但與火星隕石中的元素豐度及火星聚積模型的研究結(jié)果相符。
“洞察”號火星探測器自2018年成功發(fā)射并著陸以來，為科學(xué)家提供了大量寶貴的火星數(shù)據(jù)。2019年，該探測器首次探測到火星震信號，研究人員利用這些信號結(jié)合地球物理學(xué)和礦物學(xué)方法，首次精確測定了火星核的大小和狀態(tài)，并對火星核中輕元素的含量進(jìn)行了限制。研究發(fā)現(xiàn)，火星液態(tài)核心的密度較低，且火星核中存在顯著的氧含量。
李云國教授團(tuán)隊(duì)的研究不僅修正了人們對火星核形成條件的認(rèn)識，還為未來的行星形成模型提供了新的研究視角。通過模擬液態(tài)鐵與硅酸鹽熔體之間的氧化鐵分配系數(shù)，他們厘清了溫度、壓力、氧逸度和硫元素對分配行為的影響，為深入理解火星核幔分異過程提供了有力支持。
研究團(tuán)隊(duì)還根據(jù)這些結(jié)果以及火星氧化還原狀態(tài)對核幔分異模式條件進(jìn)行了約束。他們的研究不僅有助于揭示火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和長期演化規(guī)律，還為研究其他類地行星的演化提供了重要參考。
這一研究成果的發(fā)表標(biāo)志著中國在行星科學(xué)研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。李云國教授團(tuán)隊(duì)的研究方法和技術(shù)手段為未來的行星科學(xué)研究提供了新的思路和方向。
隨著人類對宇宙探索的不斷深入，對行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化機(jī)制的理解將越來越重要。李云國教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究不僅為揭示火星的奧秘提供了有力支持，也為未來的行星探測和研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
