IT之家 12 月 26 日消息，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李云國教授團(tuán)隊(duì)宣布取得一項(xiàng)重要研究突破，相關(guān)研究成果已于 12 月 1 日發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》上。
研究團(tuán)隊(duì)利用第一性原理自由能計(jì)算，揭示了火星內(nèi)核和地幔分離（核幔分異）的過程，并發(fā)現(xiàn)這一過程發(fā)生在遠(yuǎn)高于先前估計(jì)的高溫高壓環(huán)境下。這項(xiàng)研究對(duì)理解火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和長期演化，乃至其他類地行星的演化，都具有重大意義。
IT之家注：核幔分異是類地行星演化史上規(guī)模最大的物質(zhì)重組過程，它決定了行星的長期演化格局。理解火星的核幔分異過程，對(duì)于認(rèn)識(shí)火星的形成和演化至關(guān)重要，同時(shí)也為研究地球等其他類地行星的演化規(guī)律提供了重要參考。
2018 年，InSight 火星探測器成功發(fā)射并著陸。2019 年，該探測器首次探測到火星震信號(hào)，研究人員利用這些信號(hào)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(duì)火星核中輕元素的含量進(jìn)行限制。基于 InSight 任務(wù)的低頻火星震數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)，火星液態(tài)核心的密度較低，火星核中存在顯著的氧含量。雖然輕元素含量存在不確定性，但通過與核幔分配數(shù)據(jù)結(jié)合，存在進(jìn)一步約束火星核幔分異過程的可能。
以往，科學(xué)家主要通過分析火星隕石中中度親鐵元素的含量，并根據(jù)這些元素在高溫高壓下的分配行為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尚不明確，導(dǎo)致對(duì)這一過程的了解一直存在較大的不確定性。
李云國教授團(tuán)隊(duì)采用了先進(jìn)的第一性原理熱力學(xué)計(jì)算方法，模擬了液態(tài)鐵與硅酸鹽熔體（地幔的主要成分）之間氧化鐵（FeO）的分配系數(shù)。這項(xiàng)研究結(jié)合了美國“洞察”號(hào)火星探測器提供的最新火星化學(xué)組成數(shù)據(jù)，對(duì)火星的核幔分異過程進(jìn)行了重新評(píng)估，并取得了重要突破。
研究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的氧化鐵分配系數(shù)，結(jié)果與現(xiàn)有低壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，厘清了溫度、壓力、氧逸度和硫元素對(duì)分配行為的影響。
研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)這些結(jié)果以及火星氧化還原狀態(tài)對(duì)核幔分異模式條件進(jìn)行了約束，發(fā)現(xiàn)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。雖然這些估計(jì)值高于先前的報(bào)道，但與火星隕石中的中度親鐵元素豐度及火星聚積模型的研究結(jié)果相符。
研究人員介紹，這項(xiàng)研究不僅修正了人們對(duì)火星核形成條件的認(rèn)識(shí)，還為未來的行星形成模型提供了新的研究視角。
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