太阳系天体的火山作用及其比较行星学意义

火山活动是太阳系内所有行星和多数卫星共同经历过的地质作用.类地行星及它们的卫星表面普遍分布着多种火山和火山岩.其中金星、火星和月球与地球上的早期(始太古代)火山活动有许多相似性.现在,火星与月球上的火山活动早已停止,而金星和地球上仍有火山活动.类木行星的卫星上主要活动的是"冰火山",它们之中有些还有十分强烈的活火山活动(如爱莪和海卫一).对太阳系天体火山作用的对比研究能够提供认识太阳系和行星演化、天体深部和浅部地质作用过程、矿产资源形成以及生命的起源和演化等重要信息,是比较行星学的重要组成部分.     

比较行星地质学的主要科学问题

根据太阳系探测的成果,对比分析类地行星大气层与水体的形成与演化过程、类地行星地形地貌与地质构造的共性与特性、类地行星的岩石类型比较、类地行星的热历史与内部结构的比较,行星的质量大小和行星与太阳的距离的相互耦合,制约了行星的形成和演化的复杂过程.     

碰撞作用与类地行星起源探讨

类地行星挥发性元素普遍亏损很可能是由于太阳星云早期剧烈的太阳活动引起的。当气体、尘粒、挥发性元素和水被驱赶出内太阳系时，只有米级到公里级的物质保存下来并堆积成星子，最终吸积星子形成类地行星。我们认为类地行星的初始物质主要是已分异的星子和一些未分异的球粒陨石质星子或不同类型的陨石母体，最靠近太阳形成的星子具有最低的ＦｅＯ／（ＦｅＯ＋ＭｇＯ）值，水星是在靠近太阳的高度还原条件下吸积成分类似ＥＨ球粒陨石的星子形成的。地球的初始物质为分异的铁陨石及Ｈ群球粒陨石。随着距太阳距离增大及温度降低，陨石形成的部位大致为：ＥＨ、ＥＬ－ＩＡＢ－ＳＮＣ（辉玻无球粒陨石、辉橄无球粒陨石、纯橄无球粒陨石）－Ｅｕｃ（钙长辉长无球粒陨石）－Ｈ、Ｌ、ＬＬ－ＣＶ、ＣＭ、ＣＯ－Ｃｌ－彗星。物体之间、星子之间及行星与星子之间的碰撞对太阳系的形成和演化起着重要的作用。     

爆发式火山活动可能是火星早期火山作用的主要方式

<正>太阳系类地行星都经历了类似的形成和早期(40亿年以前)演化过程但后期(40亿年以来)的地质演化过程差异明显,导致了4个类地行星的表面形貌、成分和内部结构存在巨大的差异。行星的内部结构与热演化密切相关,而热演化历史的重要表征之一就是火山活动。火星的火山活动长期以来被作为研究的重点,而火山活动的历史和样式等是急需深入研究的课题。火星上地壳主要由较为疏松的物质组成。对于这些物质的来源,主要     

太阳系演化中的地球和月球起源(英文)

宇宙中恒星的演化始于巨星的形成 ,后者的质量是太阳系的数百倍 ,寿命估计为数百万年。重元素合成于巨星的内部。它们控制了巨星爆炸过程中 (超新星 )形成的气态云和盘状物的冷凝加速度。冷凝和旋转的加速导致后代恒星质量越来越小 ,寿命越来越长 ,直到形成像太阳这样的小星体 ,其质量为 1.989× 10 30 kg ,寿命已有几十亿年。这些小恒星的形成是冷凝过程中产生的水成冰氢星子不断聚集的结果。上一代巨星的原始星盘中的物质只有一小部分参与了冰氢星子的形成。这些星体形成于致密、高速旋转的原始恒星星盘中 ,周围环绕着巨行星和褐矮星。由于星体达到恒星状态 ,它们开始影响原恒星盘 ,结果导致星体相互分散 ,同时 ,最近的巨星发生表面去气作用。后者可以从巨星到恒星的质量衰减得到证实。UpsilonAndromedae、5 5Cancri和HD16 84 4 3等天体的巨行星记载了这样的事实。太阳系中的表面去气作用主要反映在近太阳巨星的流体外壳完全消失。由于流体外壳消失 ,铁硅酸盐熔融核暴露地表 ,形成小的类地行星。木星也经历过表面去气作用 ,依据是木星具有很高的平均密度 (1.3g cm3) ,几乎是土星密度 (0 .7g cm3)的两倍。因此 ,类地行星的形成经历了两个阶段 :原行星 (其父巨星具有重的熔融核 )和正常行星 (在其父行星     

金属元素同位素异常

与大多数地球岩石不同,许多陨石中都显示一些与特定的核合成过程密切相关的同位素特征。这些核合成过程很可能发生在太阳系外。这些同位素特征被称为同位素异常。同位素异常在过去几十年里一直是同位素宇宙化学的一个活跃的研究领域。但直到近十年行星尺度上的同位素异常才被发现并被证实。同位素异常,特别是行星尺度上异常的发现为太阳系早期演化模型提供了新的制约。金属元素的同位素异常成为示踪天体物质来源及其关系,以及反演太阳系形成时的星际环境的最直接的证据。本文综述了近年来在同位素异常领域里的重要研究进展及其对研究天体化学过程的重要意义。     

类地行星热物理条件与热演化影响因素分析——以火星地幔热柱演化为例

太阳系内类地行星具有相似的岩石层包围金属核的圈层结构,在行星幔的热演化历史起源方面具有同时性和同源性,并且都在早期变形重力位能加热的基础上随放射性热能衰减而冷却。但是,由于半径、密度、粘度以及表层构造属性等物理条件的差异,其热演化历史各具特色。依据基本的热对流和热传导方程,我们计算分析了类地行星热物理条件差异对行星幔热演化历史的影响。计算表明,类地行星热演化的早期,行星幔热对流是主要的散热方式。半径较大的行星表面热流密度大,平均散热量也大。半径较小的行星内部温差小,粘滞系数高,对流能力低,提早进入传导散热状态,且传导散热的岩石层也比大行星厚。不同边界层热物理条件下,类地行星幔热演化历史会分别出现逐渐冷却的平稳式、包含热柱上涌的波动式、行星幔幕次翻转的周期式等特点不同的热演化过程。火星内部曾经存在的地幔热柱构造与火星地幔热动力学演化过程密切相关。我们从火星地幔热动力学演化模型出发,定量计算与地幔热柱构造演化相关的地幔热动力学演化特征,通过三维球壳数值模拟,研究了火星地幔热演化历史上可能存在的热柱活动造成的火星热演化历史的非单调变化,火星地幔对流环结构随时间的演变方式,以及与边界相关的地幔热柱对火星地形的影响。     

大陆地壳成因的秘密

正太阳系中的绝大多数类地行星都具有玄武质地壳,类似地球表面的大洋地壳(由洋中脊地区的上地幔减压熔融形成)。然而地球还具有一种独特的地壳——又厚又轻的硅酸盐大陆地壳。这种大陆地壳主要形成于太古宙(大约25亿年以前),当时的地球比现今更高的温度,更多的火山活动,以及     

制约类地行星大气层和水体发育的主要因素

根据行星探测的资料,综合分析了水星、金星、地球(包括月球)、火星的大气层和水体的发育特征,对比了金星、火星的大气层与水体同地球的差异。类地行星质量小、体积小、密度大、旋转慢、卫星少甚至没有、挥发性元素较类木行星少、距离太阳较近,早期残留的原始大气层已经被早期太阳在金牛变星阶段的强烈太阳风所驱赶,加上巨大而频繁的撞击作用,使原始大气层被驱赶殆尽。现在的大气层是次生的,是由行星内部的去气作用形成的。类地行星的大气层、水体的发育和表生作用的特征与行星的质量大小(表征行星内部能量的大小和构造活动的强烈及持续时间)及行星与太阳的距离等因素有关。在类地行星中,地球和金星质量最大,逃逸速度最大,可将更多的气体“束缚”在它们表面,因此它们的大气有着复杂的组成和较大的密度。火星质量较小,逃逸速度不到地球的一半,在漫长的演化历史中,大气逐渐逸散进入太空,大气密度变得很稀薄。水星质量更小,而且最靠近太阳,不仅太阳风的驱赶作用强烈,而且表面温度高,气体分子的热运动更加剧烈,加剧了大气的逸散,所以水星的大气层极为稀薄,并且主要为太阳风成分。月球质量最小,几乎没有大气层,更没有水体的发育。行星的热演化历史对大气层和水体发育具有重要的制     

太阳系探测的进展与比较行星学的主要科学问题

回顾了太阳系的探测历程,综合分析了太阳系探测的发展趋势。未来的太阳系探测将以月球与火星探测为主线,适度开展太阳系其他行星及其卫星、小行星和彗星的考察性探测。21世纪将是全面探测太阳系并为人类社会长期可持续发展服务的新时代。随着太阳系探测的进展,通过系统比较地球与类地行星的大气层与水体的形成演化过程、地形地貌与地质构造特征、岩石类型、热历史与内部结构等方面的共性与特性研究,表明行星的质量大小和行星与太阳的距离的相互耦合,制约了行星的形成和演化的复杂过程。比较行星学已成为指导太阳系探测的科学理论体系。