水星较低的二氧化硅含量或指向更炽热的内部历史
新的红外标定估算水星表面约含37%的二氧化硅,但这一数值依赖单次全盘积分光谱,仍需贝皮科伦坡任务检验。
观测——研究人员制备了二氧化硅质量分数从0.5%到97.6%的合成玻璃,并测量其中红外辐射。所谓克里斯琴森特征的位置会随二氧化硅含量显著变化;二次拟合的决定系数R²达到0.957,按质量计的估算不确定度为正负3.4个百分点。这一关系首先来自可控的实验室样品,而非对水星的直接取样。
观测——在用于水星之前,团队先把这种关系应用于绕月运行的Diviner仪器数据,并与带回地球的月球样品比较。标定重现了预期的差别:月海平均约含45.8%的二氧化硅,月球高地约为50.9%,局部富硅区则达到约76%。这项月球检验为跨天体应用提供了依据,但并不消除所有矿物学差异。
观测——作者把标定用于目前唯一公开的水星全盘克里斯琴森特征数值,即接近8.5微米的位置,得到37.4%的二氧化硅估算。该数值低于此前49%至60%的估算,但它既不是样品分析,也不是全球成分地图;它只是把一次望远镜全盘积分测量转换成化学丰度,不能显示地区差异。
推断——如果这一估算正确,较贫硅的表面与水星地幔在更深处发生更广泛熔融的情景相符,因此暗示地壳形成时内部温度更高。这一解释来自熔融与分异模型,并不是对古代温度的直接测量;仅凭硅含量也无法独立确定究竟发生了哪一种火山过程或熔岩输运方式。
假说与局限——作者还提出另一种解释:水星可能损失过氧,使部分硅留在金属或碳化物相中,而不是形成可检测的硅酸盐。矿物组成、颗粒大小和热环境都可能移动这项光谱特征。贝皮科伦坡探测器上的MERTIS成像光谱仪预计将取得全球观测,从而检验这种由单个积分光谱作出的外推。
审慎推测——如果未来地图确认低含量,水星的热演化和火山史就必须容纳比以往估算更极端的条件。同一标定也可能帮助遥感其他没有大气的岩质天体,但目前的成果只是开启了一项可证伪的检验,并未终结水星地壳成分这一科学问题,更不能据此宣称其形成过程已经确定。
要点
- 新标定把中红外特征与二氧化硅含量联系起来,并给出量化不确定度。
- 水星37.4%的估算低于以往数值,但只来自一次全盘积分光谱。
- 贝皮科伦坡的全球地图将是检验更高温、更深层地壳形成情景的关键。