[论文解读] New Indivisible Planetary Science Paradigm

J. Marvin Herndon|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2013

Astro and Planetary Science参考文献 48被引用 15

一句话总结

本文提出了一种新的不可分割的行星科学范式，其中大质量核心行星在高温高压环境下，于巨型气态原行星内部通过凝结和引力沉降形成。地球的核心在300个地球质量的气体/冰壳压力下被压缩至当前直径的约66%，而T-Tauri阶段的喷发则剥离了内侧行星的大气层，将物质重新分布，形成普通球粒陨石和小行星带，对水星的成分及火星潜在地下水资源具有重要意义。

ABSTRACT

I present here a new, indivisible planetary science paradigm, a wholly self-consistent vision of the nature of matter in the Solar System, and dynamics and energy sources of planets. Massive-core planets formed by condensing and raining-out from within giant gaseous protoplanets at high pressures and high temperatures. Earth's complete condensation included a 300 Earth-mass gigantic gas/ice shell that compressed the rocky kernel to about 66% of Earth's present diameter. T-Tauri eruptions stripped the gases away from the inner planets and stripped a portion of Mercury's incompletely condensed protoplanet, and transported it to the region between Mars and Jupiter where it fused with in-falling oxidized condensate from the outer regions of the Solar System and formed the parent matter of ordinary chondrite meteorites, the main-Belt asteroids, and veneer for the inner planets, especially Mars. In response to decompression-driven planetary volume increases, cracks form to increase surface area and mountain ranges characterized by folding form to accommodate changes in curvature. The differences between the inner planets are primarily the consequence of different degrees of protoplanetary compression. The internal composition of Mercury is calculated by analogy with the Earth. The rationale is provided for Mars potentially having a greater subsurface water reservoir capacity than before realized.

研究动机与目标

• 开发一个自洽的、统一的行星形成与演化模型，整合内部结构、动力学与能量来源。
• 通过原行星压缩程度的差异，解释类地行星之间的成分差异。
• 通过T-Tauri阶段后行星物质的再分布，解释普通球粒陨石和主带小行星的起源。
• 基于新的形成动力学，重新评估水星的内部结构及火星地下水资源储存能力。
• 提供一种通过减压驱动的裂解与褶皱导致行星体积膨胀及构造特征形成的机制。

提出的方法

• 将行星形成建模为在高温高压气态原行星内部，致密核心通过凝结与引力沉降的过程。
• 应用热力学原理估算岩石核心在巨大气体/冰壳覆盖下的压缩程度，计算得出地球核心直径缩小至当前大小的约66%。
• 将T-Tauri阶段喷发模拟为剥离内侧行星大气层并驱动物质从内侧行星向小行星带运输的机制。
• 通过类比推理，基于地球压缩核心模型推断水星的内部成分。
• 分析体积膨胀对行星表面的影响，通过褶皱与破裂解释山脉形成及地壳变形。
• 将来自太阳系外侧的氧化凝结物下落物质与被剥离的行星物质结合，形成普通球粒陨石与主带小行星的母体。

实验结果

研究问题

• RQ1 在气态原行星内部，高压凝结与引力沉降如何导致大质量核心行星的形成？
• RQ2 原行星压缩在多大程度上解释了类地行星之间的尺寸与密度差异？
• RQ3 T-Tauri阶段喷发如何在剥离行星大气层并重新分布物质以形成小行星带与普通球粒陨石中发挥作用？
• RQ4 如何基于地球压缩核心模型推断水星的内部结构？
• RQ5 基于这一新形成范式，火星的地下水资源储存潜力如何？

主要发现

• 由于300个地球质量的气体/冰壳的重力作用，地球的岩石核心被压缩至当前直径的约66%。
• T-Tauri喷发剥离了内侧行星的大气层，并将部分水星的未完全凝结的原行星物质输送至火星与木星之间的区域。
• 输送的物质与来自太阳系外侧的下落氧化凝结物融合，形成了普通球粒陨石与主带小行星的母体。
• 由于减压驱动的体积膨胀，行星地壳中形成裂隙与褶皱，从而解释了山脉的形成。
• 类地行星之间的差异主要源于原行星压缩程度的不同，而不仅仅是成分差异。
• 基于新形成模型，火星可能拥有比以往估计更大的地下水资源储存潜力。