Mercury's crustal thickness correlates with lateral variations in mantle melt production
水星的地壳结构复杂，是十亿年火山活动的结果。信使号航天器从轨道上确定了化学成分的表面变化。结合这些测量与实验室实验的部分熔融，我们估计的表面密度和地幔熔融程度的变化，需要产生地表岩石。如果表面密度代表深部地壳密度，则北半球一半以上的地壳厚度变化可以用地幔熔融的横向变化来解释。地壳在镁贫乏的北部火山平原以下较薄，而最厚的地壳位于西半球中北纬的富镁地区。因此，富镁区域不是由于早期的撞击，而是由于广泛的地幔熔融。在地球上的洋壳中也观察到了厚度-熔融关系，这可能是类地行星的一个共同特征。
2020-11-30 astro-ph.EP physics.geo-ph
Mercury's magnetic field in the MESSENGER era
信使号磁力仪的数据显示，水星的磁场不仅异常微弱，而且具有独特的几何形状。内部磁场类似于一个轴向偶极子，向北偏移行星半径的20%。这意味着轴向四极子特别强，而偶极倾斜可能低于0.8度。与太阳的紧密接近加上微弱的内部磁场导致了一个非常小和高度动态的Hermean磁层。我们回顾了目前对水星内部和外部磁场的理解，并讨论了可能的解释。经典的对流驱动的核心发电机很难重现观测结果。强的四极子贡献可以通过不同的措施来促进，但它们总是伴随着大的偶极倾斜和通常相当小的尺度场。一个稳定分层的外核区域似乎不仅需要解释特定的几何形状，而且还需要解释Hermean磁场的弱点。新的内部模型表明，水星的核心可能在核心-地幔边界之下拥有一个铁雪区。在这样一个地带可能形成的正的径向硫梯度确实会促进稳定的层结。然而，即使发电机模型，包括稳定层显示汞一样的磁场只有一小部分的总模拟时间。核幔边界热通量的大尺度变化有望产生更持久的结果，但与目前对水星下地幔的理解不一致。
2017-01-18 astro-ph.EP
An Earth-sized exoplanet with a Mercury-like composition
地球、金星、火星和一些太阳系外的类地行星的质量和半径与大约30%的金属核和70%的硅酸盐地幔的质量分数一致。在太阳系的内部边界，水星的组成完全不同，其质量分数约为70%的金属核心和30%的硅酸盐地幔。提出了几种形成或演化方案来解释这种富含金属的组合物，如巨大的影响，地幔蒸发，或在原行星盘的内边缘的硅酸盐耗尽。这些设想仍在激烈辩论中。在这里，我们报告了一个多凌行星系（K2-229）的发现，其中内行星的半径为1.165+/-0.066地球，质量为2.59+/-0.43地球。因此，这颗地球大小的行星具有与水星相容的核心质量分数，而根据主恒星化学，它被认为与地球相似。这个较大的水星类似物要么是以非常特殊的成分形成的，要么是从那以后演化而来的，例如失去了部分地幔。对像K2-229 b这样的类水星系外行星的进一步表征将有助于将水星的详细原位观测（与信使号和BepiColombo一起）纳入太阳和太阳系外类地行星形成和演化的全球背景。
2018-05-22 astro-ph.EP
The influence of a fluid core and a solid inner core on the Cassini sate of Mercury
我们提出了一个模型的卡西尼状态的水星，包括一个内核，流体核心和地幔。我们的模型包括内部区域之间的惯性和重力力矩，以及流体核心边界处的粘性和电磁（EM）耦合。我们表明，水星的内部区域之间的耦合是足够强的地幔自旋轴的磁致伸缩性偏离一个刚性的行星不超过0.01弧分。随着内核尺寸的增大，地幔的结晶度减小，但大的和没有内核的地幔结晶度之间的变化被限制在0.015弧分。EM耦合比内核边界处的粘性耦合强，并且如果内核磁场强度高于0.3 mT，则将流体和固体内核锁定为共同的进动运动。由于地幔和内核之间的强引力耦合，内核越大，这个共同旋进的内核就越与地幔对齐，极区的转动惯量越接近刚性行星的预期值。极转动惯量与地幔自转轴之间的偏差随内核尺寸的增大而增大，但不超过0.007弧分。我们的研究结果意味着，地幔自旋轴和极转动惯量的测量精度应该在目前的测量误差水平上一致，并且不能与刚性行星的精度区分开来。
2021-12-31 astro-ph.EP physics.geo-ph
A Pyroxenite Mantle on Mercury? Experimental Insights from Enstatite Chondrite Melting at Pressures up to 5 GPa
本文通过在最高5 GPa压力下对经修改的EH4 Indarch顽火辉石球粒陨石进行部分熔融实验，揭示水星若由此类球粒陨石形成，其地幔可能主要为辉石岩成分，且熔体成分与水星表面区域特征相符。
2025-04-14 astro-ph.EP physics.geo-ph
Mercury, Moon, Mars: Surface expressions of mantle convection and interior evolution of stagnant-lid bodies
相对于地球而言，滞盖体内部的演化更容易建模和预测，因为没有与板块构造物理学相关的大的不确定性，其开始时间和地球历史的效率。然而，对这些天体的观测记录相对于地球来说既稀少又稀疏。它仅限于数量有限的样本和对数十亿年之久的表面进行的各种遥感测量，这些表面的实际年龄难以精确确定。因此，将这些观测结果结合成行星内部热和对流演化的连贯图像是一项重大挑战。在这一章中，我们审查的关键过程和（主要是地球物理）观测的限制，可以用来推断全球的地幔对流和热演化的内部的水星，月球和火星，三个主要的地球机构，其中一个停滞的盖子可能存在于整个历史的大部分。
2019-12-11 astro-ph.EP physics.geo-ph
Modelling of thermal stratification at the top of a planetary core: Application to the cores of Earth and Mercury and the thermal coupling with their mantles
本文提出了一种新的数值方法来求解一维球壳导热问题。该计划采用的解决方案的传导方程在每个间隔所选择的离散化是有效的，如果在间隔边界的通量是恒定的时间。这种分段定常通量（PWSF）数值格式在空间域上是连续的和可微的，便于在能量守恒的行星核热演化模型中实现，当热通量为亚绝热时，核幔边界下形成了传导分层层。一个随时间变化的分层区域上的行星体的一般演变的影响进行检查，在施加一个绝热温度分布的核心。通过考虑分层的行星核心的热通量是亚绝热的，在冷却速率的径向变化被占，而在其他方面的核心的能量分布是固定的强加的热量。在热分层区域的生长过程中，核心的深部比核心的外部冷却得更快。因此，如果考虑成层区，则内核的尺寸增大，核幔边界处的温度和热通量分别增大。对地球来说，影响可能很小，在对分层区域本身不特别感兴趣的热演化研究中可以忽略不计。对水星来说，这些影响要大得多。例如，如果忽略热分层，内核的年龄可能会被低估几十亿年。考虑到水星核心的热分层也增加了地幔温度，导致更大的热通量进入岩石圈，并抑制了地幔对流。
2021-05-17 astro-ph.EP physics.geo-ph
Nucleation and growth of iron pebbles explains the formation of iron-rich planets akin to Mercury
形成富含铁的水星的途径仍然是个谜。水星的核心占行星质量的70%，这意味着相对于硅酸盐来说，铁的含量显著富集，而它的地幔则强烈缺乏氧化铁。高核心质量分数传统上归因于硅酸盐的蒸发损失，例如在巨大的撞击之后，但水星地幔中中等挥发性元素的高丰度与其形成期间达到远高于1，000 K的温度不一致。在这里，我们探讨了从太阳组成的气体中冷却下来的原行星盘的热内部区域的固体粒子的成核。铁的高表面张力导致铁颗粒均匀地成核（即，不在更难熔的基底上）。低成核速率导致大铁卵石在稀疏的成核铁纳米颗粒上沉积生长。无铁MgSiO $_3$形式的硅酸盐在相似的温度下成核，但由于成核颗粒的数量高得多而获得较小的尺寸。这导致大的铁颗粒与具有低十倍斯托克斯数的硅酸盐颗粒的化学分离。我们认为，这样的条件导致形成富铁星子的流动不稳定性。在这一观点中，水星是由富含铁的微行星与太阳系下丰富的高度还原的硅酸盐物质吸积而形成的。我们的研究结果意味着，已知绕太阳和其他恒星运行的富铁行星不需要经历地幔剥离撞击。相反，它们的形成可能是原行星盘温度波动和不同晶体物质通过随后的成核过程化学分离的直接结果。
2022-04-08 astro-ph.EP
Modification of the composition and density of Mercury from late accretion
晚期增生是一个强烈调制水星表面地貌和地球化学特征的过程。然而，撞击物的命运及其在撞击时期对水星表面的影响尚不清楚。利用Monte-Carlo方法和撞击坑分析方法，我们研究了水星晚期吸积的物理和化学结果。考虑到后期吸积的不确定性，我们开发了以下参数的比例律作为撞击速度和后期吸积总质量的函数：（1）地壳侵蚀深度，（2）表面重塑的程度，和（3）从撞击物物质中吸积的质量。现有的动力学模型表明，水星经历了强烈的撞击轰击（总质量为$\sim 8 \times 10^{18} - 8 \times 10^{20}$ kg，典型的撞击速度为$30-40$ km s $^{-1}$）后，$4.5$ Ga。据此，我们发现晚期的吸积作用可以使水星早期地壳的厚度减少50米到10公里，但其核幔比的变化可以忽略不计。另一种可能是，早期太阳系中假定的分化微行星的地幔可能更容易被移除，并且它们各自的核心部分增加，如果水星最终从这些物体中吸积。虽然陨石坑是值得注意的擦除旧的地质表面记录在水星上，我们表明，$\sim 40-50$重量%的撞击物的外生物质，包括挥发性轴承材料，可以异质植入水星的表面作为后期单板（$>3\times 10^{18}-1.6 \times 10^{19}$公斤）。大约一半的撞击物的物质被蒸发，其余的在撞击时完全熔化。我们希望我们的理论结果和即将到来的水星表面观测，包括BepiColombo…
2020-08-19 astro-ph.EP
Mercury's Internal Structure
我们描述了目前关于水星内部结构的知识。我们回顾了现有的观测约束，包括质量，尺寸，密度，重力场，自旋状态，成分和潮汐响应。这些数据使得能够构建代表水星内部质量分布的模型。特别是，我们推断的压力，密度和重力在核，地幔和地壳的径向配置文件。我们还研究了水星的旋转动力学和内核的自旋状态和转动惯量的测定的影响。最后，我们讨论了水星的内部结构对它的热演化，表面地质，捕获在一个独特的自旋轨道共振，和磁场产生的广泛影响。
2018-06-06 astro-ph.EP
Origins of Mercury's Big Heart of Iron: Exploring Pathways to Form High Core Mass Fraction (CMF) Planets via N-body Simulations
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；University of Alabama（阿拉巴马大学）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；Flatiron Institute（平顿研究所）；University of Toronto at Scarborough（多伦多大学士嘉堡校区）；University of Toronto（多伦多大学）
通过N体模拟研究水星高核心质量分数的形成机制，探索巨撞击和早期铁富集两种假说。
2025-11-03 astro-ph.EP
Deviation of Mercury's spin axis from an exact Cassini state induced by dissipation
我们计算预测水星的自旋轴从一个确切的卡西尼状态所造成的潮汐耗散，粘性和电磁（EM）摩擦的核心-地幔边界（CMB）和内核边界（ICB）的偏差。CMB处的粘性摩擦产生相位超前，ICB处的粘性摩擦和EM摩擦产生相位滞后;偏差的大小取决于内核尺寸、运动粘度和磁场强度，但不能超过上限。对于小的内核，CMB处的粘性摩擦导致0.027弧秒的最大相位超前。对于一个大的内核（半径$>1000$ km），电磁摩擦在ICB产生最大的相位滞后，但它不超过0.1弧秒。流体和固体核的错位引起的弹性形变在由粘性和电磁耦合引起的相位超前/滞后中起一阶作用，并与潮汐变形引起的地幔热性扰动相当。潮汐耗散导致相位滞后，其幅度（单位为角秒）由经验关系式（80/Q）给出，其中Q是品质因数; Q=80导致约1角秒的相位滞后。具有大约10^{17} Pa·s或更低的低粘度的大内核可显著影响$Q$，并因此显著影响所产生的相位滞后。观测结果表明，有限的地幔相位滞后（<10弧秒）意味着整体地幔粘度的下限约为10^{17} Pa·s。
2022-04-04 astro-ph.EP physics.geo-ph
Chromium on Mercury: New results from the MESSENGER X-Ray Spectrometer and implications for the innermost planet's geochemical evolution
基于信使号X射线光谱仪数据，研究水星表面铬/硅比值分布，结合实验与分异模型，揭示其形成于高度还原条件及内部硫化物存在的氧逸度约束。
2023-06-20 astro-ph.EP
A pre-Caloris synchronous rotation for Mercury
水星被锁定在一个自旋轨道共振中，每绕太阳两圈，它就绕自转轴旋转三圈。目前对这种独特状态的解释假设这颗行星的初始旋转是缓慢而快速的，潮汐扭矩使行星的旋转减速到这种共振。当核幔边界摩擦占，捕获到3/2共振发生的概率为26%，但最有可能的结果是捕获到一个高阶共振。在这里，我们表明，如果水星的初始旋转是逆行，这颗行星将被捕获到同步旋转的概率为68%。撞击坑形成率的强烈空间变化在这个时候已经存在，这些都被证明是与水手10号和信使号观测到的前卡洛里撞击盆地的分布相一致的。大型成盆撞击事件所产生的动量使脱离这种高度稳定的共振成为可能，随后在有利的条件下捕获到3/2共振中。
2011-12-11 astro-ph.EP
Shaping the Mantle: The Role of Superheated Core After Giant Impacts
College of Earth and Planetary Sciences, Chengdu University of Technology（成都理工大学地球与行星科学学院）；CAS Center for Excellence in Comparative Planetology（中国科学院比较行星学卓越创新中心）
研究通过SPH模拟揭示巨撞击后超高温核心引发二次地幔熔融，影响地幔热演化路径及基底熔融层形成。
2025-12-09 astro-ph.EP
Shaping the Mantle: The Role of the Superheated Core After Giant Impacts
研究通过SPH模拟揭示巨撞击后超热核心引发二次地幔熔融，影响地幔热演化路径及基底熔融层形成。
2025-11-25 astro-ph.EP
The Effect of Lower Mantle Metallization on Magnetic Field Generation in Rocky Exoplanets
最近的理论和实验证据表明，许多被认为存在于类地系外行星地幔中的物质将在地幔压力下金属化并成为电的良导体。这使得这些行星的地核和地幔之间有很强的电磁耦合。我们使用一个数值发电机模型来研究金属化下地幔对类地系外行星发电机的影响，使用几个内核大小和地幔电导率。我们发现，由于磁场拉伸的增加，导电地幔的加入导致更强的核幔边界场。我们还发现，金属化地幔不稳定的发电机导致较少的偶极，轴对称极向磁场在核幔边界。导电地幔有效地屏蔽了这些磁场，从而产生较弱的表面磁场。我们的结论是，一个导电的地幔将使太阳系外地球磁场的检测更加困难，而使发电机区域的磁场更强。
2013-04-25 astro-ph.EP
A special giant impact model: implications on core-mantle chemical differentiation
地核的形成过程对地核与地幔的化学分异起着决定性的作用。在这里，我们提出了一个新的核心形成模型，这是由一个特殊的巨大的影响。该模型表明，在适当的撞击条件下，撞击物核可以通过其自身的粘性地幔保持完整，并使其在不与目标地幔接触的情况下融入目标核。我们把这种特殊的巨碰撞形成新的成核模式称为胶球碰撞模式（GBI）。通过模拟数百次大小从星子到行星的巨大撞击，找出了导致GBI的条件。如果具有小的冲击角度（即，小于20度）、小的撞击速度和小的撞击物质量但大于0.07 Mearth，在地球吸积的最后阶段有很好的机会产生GBI。我们发现，在地球吸积的晚期比吸积的早期更容易产生GBI，GBI模型对地球核幔平衡的许多问题提出了挑战。它为地幔中过量的高亲铁元素提供了额外的来源，也为地核带来了过量的亲石元素。GBI模型对月球形成和亲地球物质化学分异的研究具有重要意义。
2019-01-05 astro-ph.EP
Whole planet coupling between climate, mantle, and core: Implications for the evolution of rocky planets
地球的气候、地幔和地核在地质时间尺度上相互作用。气候影响板块构造是否可以在行星上发生，凉爽的气候有利于板块构造，因为它们增强了岩石圈的应力，抑制了板块边界退火，并促进了岩石圈的水合作用和弱化。板块构造在长期的碳循环中起着至关重要的作用，这有助于维持温和的气候。板块构造提供了地核的长期冷却，这对于产生磁场至关重要，而磁场能够屏蔽大气挥发物免受太阳风的影响。气候、地幔和地核之间的耦合可以潜在地解释地球和金星的不同演化。由于金星离太阳太近，液态水不可能存在，因此没有长期的碳循环，因此气候非常炎热。因此，板块构造无法运作，由于地核冷却不足，长期存在的地核发电机无法维持。在可能存在液态水的宜居带内的行星上，根据初始大气成分、大量挥发物含量或板块构造开始的时间等因素，可能会发生各种各样的演化情景。这些进化轨迹中的许多都会使地球变得不适合居住。然而，气候、地幔和地核之间的耦合性质仍然存在很大的不确定性。未来的工作需要限制潜在的进化情景和类似地球进化的可能性。
2017-11-18 astro-ph.EP
Highly siderophile elements were stripped from Earth's mantle by iron sulfide segregation
高亲铁元素（HSEs）强烈亏损在散装硅酸盐地球（BSE），但存在于近南极洲的相对丰度。传统的解释是，在地核形成过程中，由于金属的分离，HSE从地幔中剥离出来，但在地核形成停止后，由于后期的吸积作用，HSE又以接近地幔的比例被添加回来。在这里，我们表明，在地球的核心形成的金属硅酸盐平衡和隔离实际上增加了HSE地幔浓度，因为HSE分配系数相对较低，在地球内部的核心形成的高压。普遍的出溶和分离的铁硫化物液体从硅酸盐液体（“Hadean冰铜”）剥离岩浆海洋的HSE在冷却和结晶过程中，在后期吸积，并导致轻微的超球粒陨石钯/铱和钌/铱比。
2016-09-15 astro-ph.EP
Magnetodynamo Lifetimes for Rocky, Earth-Mass Exoplanets with Contrasting Mantle Convection Regimes
我们使用了一个铁的核心的热模型来计算在地球质量的岩石行星，以确定发电机的寿命和强度与不同的地幔构造制度，地面温度，和核心属性的行星的敏感性magnetodynamo演化。在核幔边界（CMB）的热流来自于地幔对流的数值模型与粘性/假塑性流变学，捕捉板状构造的现象。我们的热演化模型预测了地球的长寿命（~8 Gyr）场和具有板块构造的地球质量系外行星的类似发电机演化。升高的地面温度和压力依赖的地幔粘度都降低了CMB热流，但只产生稍微长寿命的发电机（~8-9.5 Gyr）。具有相对较低CMB热流的单板（“停滞盖”）行星产生长寿命（~10.5 Gyr）发电机。这些较弱的发电机可以停止数十亿年，随后由于与内核增长相关的额外熵产生而重新激活，这可能解释了今天金星上没有磁场。我们还表明，发电机的操作是敏感的初始温度，大小和固相线的行星的核心。这些依赖性将严重挑战任何试图根据磁场的存在或不存在来区分具有板块构造和停滞盖的系外行星的尝试。
2013-04-09 astro-ph.EP
A Reanalysis of the Composition of K2-106b: an Ultra-short Period Super-Mercury Candidate
我们提出了一个重新分析的K2-106凌日行星系统，重点是K2- 106 b，一个超短周期，超水星候选人的组成。我们在全球范围内模拟现有的光度和径向速度数据，并推导出行星的质量和半径为K2- 106 b的$M_{p} = 8.53\pm1.02~M_{\oplus}$和$R_{p} = 1.71^{+0.069}_{-0.057}~R_{\oplus}$，这导致密度$ρ_{p} = 9.4^{+1.6}_{-1.5}$ $\rm g~cm^{-3}$，一个显着低于以前在文献中报道的值。我们使用行星内部模型，假设一个两层的行星组成的液体，纯铁的核心和无铁，$\rm MgSiO_{3}$地幔，我们确定的范围内的核心质量分数与观测到的质量和半径是一致的。我们利用宿主星现有的高分辨率光谱，推导出Fe/Mg/Si丰度（[Fe/H] $=-0.03 \pm 0.01$，[Mg/H] $= 0.04 \pm 0.02$，[Si/H] $=0.03 \pm 0.06$）来推断K2- 106 b的组成。我们发现，虽然K2- 106 b有一个高密度和核心质量分数（$44^{+12}_{-15}\%$）相比，地球（$33\%$），它的组成是一致的，假设它反映了相对耐火丰度的宿主恒星的预期。因此，K2- 106 b不太可能是超级水星，就像以前的文献所建议的那样。
2022-08-16 astro-ph.EP
Comparisons of the core and mantle compositions of earth analogs from different terrestrial planet formation scenarios
地核和地幔的化学成分提供了对导致其形成的过程的深入了解。另一方面，N体模拟通常不包含化学信息，并且只试图再现类地行星的质量和轨道。这些模拟可以分为四个潜在的可行的方案太阳系形成（经典，环，大钉，早期不稳定），我们共编译433 N体模拟。我们使用熔融标度定律结合地核形成的多阶段模型，将这些模拟的输出与地核和地幔的化学成分联系起来。我们发现地球类似物的组成在很大程度上取决于平衡胚胎核心的分数和N体模拟中的初始胚胎质量。在考虑岩浆海洋的生命周期时，模拟类型可能很重要，其中Grand Tack模拟在最后一次巨大撞击后有最大数量的物质增生。然而，由于地球地幔成分对不同参数的敏感性和N体模拟的随机性，我们不能排除任何吸积情景或初始胚胎质量。将地球类似物经历的最后一次胚胎撞击与特定的月球形成情景进行比较，我们发现月球形成撞击的特征取决于N体模拟中的初始条件，其中较大的初始胚胎质量促进较大和较慢的月球形成撞击物。火星大小的初始胚胎最符合典型的打了就跑的场景到一个固体地幔。我们的研究结果表明，约束平衡的冲击器核心和N体模拟的初始胚胎质量的分数可能是重要的了解地球的吸积历史和月球形成的影响的特点。
2023-02-21 astro-ph.EP
Formation of super-Mercuries via giant impacts
本研究通过大量双层岩质天体巨型撞击模拟，推导新标度律揭示地幔剥离机制，发现单次高角度撞击难以形成超级水星，为其形成路径提供了约束。
2024-03-06 astro-ph.EP
Librations of a body composed of a deformable mantle and a fluid core
我们提出了全三维方程来描述一个可变形的地幔和流体核心组成的机构的旋转。该模型在本质上类似于INPOP（巴黎天文台综合计划），例如Viswanathan等人（2019）和JPL（喷气推进实验室），例如Folkner等人（2014），用于代表月球。我们的模型的预期优点是：直接使用任何线性粘弹性模型的地幔流变学;容易在时域数值实现（没有时间滞后是必要的）;所有参数，包括那些有关的“永久变形”，有一个物理解释。本文还包括：（1）一个物理模型来解释通常缺乏流体静力学的地幔（永久变形）。2)适用于地幔任何线性粘弹性流变学的自旋-轨道共振内和共振外物体自由振动公式。3)地幔和理想刚体运动之间的偏移公式（皮尔的卡西尼状态）。4)应用于月球、地球和水星的天平动，用于模型验证。
2022-03-22 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Magnitude of stable iron isotope fractionation limited by multiple stages of terrestrial core formation
Michigan State University（密歇根州立大学）
该研究通过多阶段地核形成模型模拟地球地幔铁同位素演化，发现多阶段地核形成重新平衡了铁同位素分馏效应，结合随机吸积等因素，表明金属-硅酸盐平衡的同位素分馏并非地球地幔铁同位素组成的主要成因。
2026-09-01 astro-ph.EP
Spin evolution of Earth-sized exoplanets, including atmospheric tides and core-mantle friction
质量在0.1 - 10 M地球之间的行星被认为拥有稠密的大气层。这些大气层在行星的自转演化中扮演着重要的角色，因为由主星驱动的热大气潮汐可能会抵消引力潮汐。在这项工作中，我们研究了地球大小的系外行星的长期自旋演化。我们推广了以前的工作，包括偏心轨道和双折射的影响。我们发现，在潮汐和核幔摩擦的影响下，行星的倾斜度演化为0或180度。这些行星的自转也会演化成数量非常有限的平衡构型。一般来说，这些平衡都与轨道平均运动不同步。热大气潮汐的作用对于地球大小的行星在其系统的宜居带中变得更加重要，因此当我们寻找其潜在的可居住性时，它们不能被忽视。
2014-08-04 astro-ph.EP
Chemical equilibrium between Cores, Mantles, and Atmospheres of Super-Earths and Sub-Neptunes, and Implications for their Compositions, Interiors and Evolution
我们研究了熔融金属和硅酸盐之间的平衡化学，以及一个富氢的信封使用18个独立的反应25个相成分的次海王星样系外行星。反应性金属和非反应性金属隔离在一个孤立的核心进行了建模。平衡的首要影响是包层的氧化和地幔和地核的还原。氢和氧通常在化学平衡时构成金属核心的重要部分，导致密度不足，为Trappist-1行星的低密度提供了可能的替代解释。与岩浆海洋的反应在岩浆海洋正上方的包层中产生大量的SiO和H $_2$ O。具有活性金属的行星包层中的摩尔浓度是H $_2>\rm{SiO}>CO\sim\rm{Na}\sim\rm{Mg}>\rm{H}_2\rm{O}>>\rm{CO}_2\sim\rm{CH}_4>>\rm{O}_2$，而对于非活性金属的情况，H $_2$ O成为第二丰富的物种，仅次于H $_2$，为两种可观测的情况提供了仲裁者。在这两种情况下，大气中的水丰度都超过地幔中的水丰度至少一个数量级。硅酸盐地幔中的水浓度分别为$\sim 0.01$ wt\ %和$\sim 0.1$ wt\ %（在反应性和非反应性金属核情况下），限制了可能在未来超级地球中脱气的H $_2$ O。反应堆芯情况下溶解水较少是由于富铁金属中的H和O被封存。大多数次海王星的总氢预算可以从它们的大气层中估算出来，因为大气层通常含有超过90%的氢。
2022-03-09 astro-ph.EP
Coupled geophysical and thermal constraints link between Mars basal molten layer and the planet viscosity profile
本研究通过计算火星潮汐形变，结合地球物理与热约束探究内部结构，证实底部熔融层与岩石圈-地幔黏度反转等特征相关，且与固体内核不兼容，为探测火星内部结构提供了新路径。
2024-03-11 astro-ph.EP
Effects of the librationally induced flow in Mercury's fluid core with an outer stably stratified layer
本文研究水星流体核顶部稳定分层对88天平动驱动流动的影响，发现流动强烈依赖分层强度，但对天平动振幅影响可忽略，且可能产生约1%偶极场强度的感应磁场。
2023-08-30 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Accretion and differentiation of the terrestrial planets with implications for the compositions of early-formed Solar System bodies and accretion of water
为了测试行星吸积和分化的情况下，我们集成了一个多阶段的核幔分化模型与N体吸积模拟。胚胎和星子之间的碰撞导致岩浆海洋的形成和核心形成的事件。核心形成模型结合了严格的化学质量平衡与金属硅酸盐元素分配数据。对组合模型的主要约束是地球原始地幔的组成，火星地幔的组成，以及地球和火星金属核的质量分数。该模型通过最小二乘最小化进行优化，最多可使用5个拟合参数，包括金属硅酸盐平衡压力和1 - 4个定义原始体起始成分的参数。该集成模型已被应用于6大粘性模拟。广泛的参数空间的研究表明：地球的吸积是不均匀的，金属-硅酸盐平衡压力随着吸积的进展而增加，并且在每次撞击时是核幔边界压力的60 - 70%，并且在每次核心形成事件期间，撞击物核心的大部分（70 - 100%）金属与原行星的硅酸盐地幔的小部分平衡。只有当起源于太阳附近的天体（<0.9 - 1.2天文单位）高度还原，而超出这一距离的天体则越来越氧化时，才能获得与地球地幔成分的可接受拟合。火星地幔的FeO含量主要取决于火星形成胚胎起源的日心距离。最后，地球核心预计含有8 - 9重量%的硅，2 - 4重量%的氧和10 - 60 ppm的氢，而火星核心预计含有低浓度（<1重量%）的硅和O。
2014-10-13 astro-ph.EP
Core-exsolved SiO$_2$ dispersal in the Earth's mantle
SiO $_2$可能是在地球吸积的早期阶段核心形成后直接从核心中排出的，并一直持续到今天。由于SiO $_2$相对于核壳和地幔底部的密度较低，我们研究了SiO $_2$在核幔边界（CMB）的聚集和通过浮力上升并入地幔的过程。今天，如果SiO $_2$比下地幔物质的粘性大100-10000倍，那么由CMB处的粘性瑞利-泰勒不稳定性形成的SiO $_2$底辟的尺寸将使它们作为直径为100 m - 10 km的包裹体被扫入地幔。在地核形成后快速热损失的早期地球条件下，直径约1 km的SiO $_2$底辟可能独立于地幔流上升到地幔中的中性浮力水平，由于固有的高粘度和中性浮力的结合，将它们困在那里。我们通过假设在岩浆海洋底部发现的条件下的Si+O饱和度来检查SiO $_2$产率，发现对于一系列条件，分散体可以达到高达8.5体积%。在下地幔的某些地方。在如此低的浓度下，它们对总地震波速的影响在观测地震学的不确定性范围内。然而，它们的存在可以解释下地幔的小尺度散射，因为它们的速度差异很大。我们的结论是，浅的下地幔（700-1500公里深度）可以窝藏SiO $_2$释放在早期地球时代。
2018-01-06 astro-ph.EP physics.geo-ph
Early Dynamics of the Lunar Core
众所周知，月球有一个小的液体核心，人们认为，在遥远的过去，核心可能产生了强大的磁场记录在月球样本。在这里，我们实现了一个数值模型的月球轨道和旋转动力学，包括液体核心的影响。与以前的工作一致，我们发现，月球的核心是动态解耦的月球地幔，这种解耦发生在月球历史的早期。我们的模型预测，月球的核心旋转次同步，和核心和地幔的旋转速率之间的差异是显着的，当月球有一个高的强迫磁共振卡西尼状态转换期间和之后。我们发现，月球液体核心的存在进一步不稳定的同步旋转的地幔为中心的卡西尼状态过渡的半长轴范围广泛。CMB扭矩使它更有可能在卡西尼状态转换期间月球经历了大规模的倾斜阻尼。我们提出了估计相互核-幔的结晶度作为地月距离的函数，我们讨论了这种演变的合理的绝对时间线。我们的结论是，我们的研究结果是一致的岁差驱动的早期月球发电机的假设，并可能解释过去的月球发电机的推断方向的变化。
2019-10-24 astro-ph.EP
The distribution of impactor core material during large impacts on Earth-like planets
本文利用含物质强度的 iSALE 三维冲击模拟，量化大撞击后撞击体金属铁在行星核、幔部及逃逸间的分配，并指出晚期轰击的地球化学估计可能被低估。
2023-12-19 astro-ph.EP
Investigation of Venus' thermal history, crustal evolution, and core dynamics with a coupled interior-lithosphere-atmosphere model
University of Washington（华盛顿大学）；Carnegie Institution for Science（卡内基科学机构）
本文通过联合模型预测金星未观测到的特征及火山喷发质量通量，发现四种演化路径，揭示关键参数对地磁场和火山活动的影响，支持金星仍具火山活动。
2026-03-18 astro-ph.EP
Changes in core-mantle boundary heat flux patterns throughout the supercontinent cycle
本研究利用ASPECT软件的三维地幔对流模型，结合10亿年板块重建数据，揭示超大陆旋回中核幔边界热流异常的动态变化规律，为理解地球热演化与磁场稳定性提供新依据。
2023-10-05 astro-ph.EP physics.geo-ph
Anatomy of rocky planets formed by rapid pebble accretion III. Partitioning of volatiles between planetary core, mantle, and atmosphere
含有氢、碳和氮的挥发性分子是行星大气的关键组成部分。在岩石行星形成的卵石吸积模型中，这些挥发性物质在行星形成的主要阶段被吸积。在这项研究中，我们模拟了一个成长中的行星内挥发物的分配和表面的放气。对于金属和硅酸盐熔体之间的H和C分配系数的实际值，地核储存了地球90%以上的氢和碳预算。地球和金星的岩浆海洋足够深，可以将亚铁$^{2+}$氧化成铁Fe $^{3+}$。这种氧化态的增加导致了地球岩浆海洋中主要是CO $_2$和H $_2$ O的脱气。相比之下，火星地幔的氧化态仍然很低，主要的释氢载体是H $_2$。由于年轻的太阳以XUV波长照射，这些氢很容易逃离大气层，并将大气层中大部分的CO、CO $_2$、H $_2$ O和N $_2$带走。火星上有少量的地表水，与提议的古代海洋海岸线一致，地幔氧化值适度较低。由于氮在岩浆中的溶解度极低，因此氮在地核和大气之间的分配相对均匀;因此，在地核中埋藏大量的氮是不可能的。地球的整体低N含量不同意高丰度的N在所有球粒陨石类，有利于卵石雪的挥发性交付。我们的卵石吸积快速形成岩石行星的模型显示出与太阳类地行星挥发性成分的广泛一致性。因此，类地行星的多样性可以作为基准案例来校准太阳系外岩石行星及其大气模型。
2023-01-26 astro-ph.EP
Sensitivity on Earth Core and Mantle densities using Atmospheric Neutrinos
中微子射线照相术可能为研究地球的深层结构提供另一种工具。虽然这些测量不能分辨精细的密度层特征，但是可以获得的信息是独立的，并且是对更常规的地震研究的补充。本文的目的是评估如何以及核和地幔的平均密度可以通过大气中微子照相重建。我们发现，在水下千米^3中微子望远镜10年的数据采集中，地幔的灵敏度约为2%，地核的灵敏度约为5%。这个结果没有考虑到与实验装置细节相关的系统学。
2009-06-12 astro-ph.EP hep-ph
The core-mantle mode of gravitational oscillation
University of Alberta（阿尔伯塔大学）
本研究揭示一种新的地核-地幔引力振荡模态（CMG），其周期约40-100年，可能共振放大流体核驱动的日长多年代变化。
2026-09-15 astro-ph.EP physics.geo-ph
Constraints on terrestrial planet formation timescales and equilibration processes in the Grand Tack scenario from Hf-W isotopic evolution
我们研究了141 N体模拟的类地行星后期吸积，使用大钉的情况下，耦合碰撞的结果与铌钨（Hf-W）同位素演化模型。在大粘性方案中的吸积导致更快的行星形成比经典的吸积模型，因为更高的星子表面密度引起的迁移木星。快速生长的行星胚胎经历地幔$^{182}$ W的放射性向内生长，这与测量的地球成分不一致，除非大部分钨被与目标地幔彻底混合的撞击物核心去除。对于物理上类似地球的幸存行星，我们发现，需要平衡的撞击核$k_\text{core} \geq 0.6$的分数，以产生与观察到的地球钨异常（假设与相对较大体积的目标地幔物质平衡;较小的平衡地幔体积将需要更大的$k_\text{core}$）。这种实质性核心再平衡的要求可能难以与大撞击期间的流体动力学预测和混合的流体动力学模拟相协调，因此这一结果不利于由Grand Tack吸积导致的快速行星建设。
2019-10-01 astro-ph.EP
Core and mantle thermal evolution constraints on the onset of plate tectonics and a long-lived geodynamo
Institute of Space Research, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)（空间研究所，德国航空航天中心）
研究通过1D模型探讨地核与地幔热演化，揭示地幔构造起源对地球热磁历史的影响，解决新地核悖论。
2026-08-21 astro-ph.EP physics.geo-ph
The effect of core formation on surface composition and planetary habitability
一个分化的行星地幔的熔融生产力主要由其铁含量控制，而铁含量本身近似于行星的核心质量分数（CMF）。在这里，我们表明，估计系外行星的CMF允许强大的预测的厚度，成分和矿物学的衍生地壳。这些预测的地壳成分允许限制放置在表面和深层行星内部之间的挥发性循环，与可居住的行星表面的演变的影响。具有大型类地CMF（$\geq$ 0.32）的行星将呈现出薄壳，无法有效地将地表水和其他挥发物输送到下面的地幔中。相比之下，具有较小CMF（$\leq$ 0.24）和更高，类似火星的地幔铁含量的岩石行星将发展能够稳定含水矿物的厚壳，这可以有效地将挥发物隔离到行星内部，并在与演化相关的时间尺度上去除表面水。核心形成的程度对随后的行星表面环境有着深远的影响，并可能为寻找可居住的类地系外行星提供额外的限制。
2021-04-21 astro-ph.EP
Effect of width, amplitude, and position of a core mantle boundary hot spot on core convection and dynamo action
在类地行星的液态铁核内，对流和由此产生的全球磁场都受到上覆岩石地幔的控制。下地幔的热结构决定了有多少热量可以从地核逸出。热的下地幔特征，例如巨大撞击的热足迹或热地幔柱，将局部地减少通过核幔边界（CMB）的热通量，从而削弱核对流并影响磁场产生过程。在这项研究中，我们数值研究如何参数化热点在CMB与任意大小，振幅和位置影响核心对流，因此发电机。热通量异常的影响是量化的全球流动对称性的变化，如赤道反对称，轴对称（EAA）纬向流的出现。对于纯流体动力学模型，EAA对称性尺度几乎与CMB的振幅和大小呈线性关系，而自洽发电机模拟通常揭示要么抑制或大幅增强EAA对称性，主要取决于热通量异常的水平程度。我们的研究结果表明，长度尺度的异常应在同一数量级的外核半径显着影响流场对称性。作为对火星的暗示，在我们的模型范围内，研究得出结论，由CMB热通量异常修改的古代核心场无法将地壳非均匀磁化到火星上南北不对称的现今水平。使用我们的模型得到的磁场不是不够不对称，或者当它们足够不对称时，显示出快速的极性反转，这与厚的单向磁化不相容。
2015-11-04 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Absence of dehydration due to superionic transition at Earth's core-mantle boundary
该研究通过从头算与深度学习势模拟发现delta-AlOOH的双重超离子转变，证明核幔边界超离子态水难以脱水，可在深部地幔累积，对深部水循环意义重大。
2025-03-23 astro-ph.EP physics.geo-ph
Global Ten-Moment Multifluid Simulations of the Solar Wind Interaction with Mercury: From the Planetary Conducting Core to the Dynamic Magnetosphere
本文首次采用三维十矩多流体模型研究了水星紧耦合的大气-磁层系统。这种新的流体模型采用了非理想的效果，包括霍尔效应，惯性，张量的压力是关键的碰撞磁重联，因此，它是特别适合调查$collisionless$磁重联在水星的磁尾和行星的磁层顶。该模型能够再现所观察到的磁场矢量，场向电流，和交叉尾电流片不对称性（超越MHD方法）和模拟结果与航天器的观测结果吻合良好。我们还研究了水星的磁层响应的一个假设的极端事件与增强的太阳风动态压力，这表明的意义，感应效应产生的电磁耦合的内部。更有趣的是，等离子体团（或通量绳）在事件期间形成于水星的磁尾，表明水星磁层的高度动态性质。
2019-09-21 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.plasm-ph
Constraining the Origin of Mars via Simulations of Multi-Stage Core Formation
本研究通过多阶段核-幔分异模型和Grand Tack模拟，发现单一氧化梯度无法同时再现地球和火星的幔组成，并确定火星构建块须起源于1.0 AU之外。
2023-04-21 astro-ph.EP
The mantle-inner core gravitational mode of oscillation in a strong magnetic field regime
本研究探讨强磁场下地幔-内核引力振荡模式受阿尔文波影响，发现其被吸收进扭转振荡谱，并指出观测的6年日长信号应归因于扭转振荡或阿尔文波传播。
2025-10-26 astro-ph.EP physics.geo-ph
Interior Structure Models Of Venus
金星的质量和半径与地球相似。然而，大气性质、地球物理活动和磁场产生的不同可能暗示着两颗行星的化学成分和内部演化存在重大差异。虽然对金星和地球之间的差异提出了各种解释，但目前可用的数据不足以区分不同的解决方案。在这里，我们研究了金星结构模型的可能范围。我们假设，核心偏析发生作为一个单阶段的事件。地幔组成推断从核心组成使用处方的金属硅酸盐分区。我们考虑三种不同的情况下，金星的组成定义通过体硅和镁含量，和核心的S含量。给出了这些成分的核尺寸、地幔和核成分以及归一化的转动惯量转动惯量（MoI）的允许范围。对于所有组合物，可存在固体内核。我们估计，金星的MoI是0.317-0.351和它的核心大小为2930-4350公里的所有假设的组成。较高的MoI值对应于芯偏析期间的更多氧化条件。通过未来的任务确定金星地幔中FeO的丰度可能会进一步限制其组成和内部结构。这可以揭示金星形成和演化的重要信息，并可能揭示金星与我们的母星之间差异的原因。
2021-12-09 astro-ph.EP
The coupling between inertial and rotational eigenmodes in planets with liquid cores
地球是一个快速旋转的物体。离心力使其形状类似于扁平的椭圆体，科里奥利力在其流体核心中支持波，称为惯性波。这些波可以导致流体的全局振荡或模式。地球自转轴的周期性变化（章动）可以导致地幔和流体核之间的角动量交换，并激发这些惯性模式。除了存在的粘性扭矩，无论边界的形状，小压扁的核幔边界（CMB）允许惯性模式施加压力扭矩的地幔。这些力矩有效地将地球的刚体动力学与流体核的流体动力学耦合。在这里，我们提出了第一个高分辨率的数值模型，同时解决了地幔的刚体动力学和液核的纳维-斯托克斯方程。这种方法自然地考虑到在当前章动模型中被忽略的流体中的耗散过程。我们发现，自由核章动（FCN）模式，主要是一个环形流体流动，如果地幔有一个大的转动惯量，进入共振附近的模式，如果地幔的转动惯量减少。这些模式相互作用似乎与Schmitt（2006）在具有不同扁平度的均匀旋转椭球体中发现的模式相互作用完全相似。
2019-05-09 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Asynchronous accretion can mimic diverse white dwarf pollutants I: core and mantle fragments
被污染的白矮星充当天体物理质谱仪--它们的光球丰度被用来推断吸积在它们上面的行星物体的成分。我们表明，由于吸积过程中的不对称性，在一个单一的行星体吸积过程中，落在恒星上的物质的组成可能会随时间而变化。因此，白矮星的瞬时光球丰度并不一定反映其污染物的整体组成，特别是当它们的扩散时间尺度很短时。特别是，我们预测，当一个小行星与铁核心潮汐破坏周围的白矮星，更大的份额，其地幔喷出，并在事件期间的核心/地幔部分的吸积材料随时间而变化。至关重要的是，这意味着不能确定扩散时间尺度较短的白矮星的不同污染物的核心部分，这些白矮星只对较长吸积过程的短暂片段进行采样。观测到的污染白矮星数量支持了这个理论。相对于恒星丰度比，更多的白矮星具有高Fe/Ca比的吸积物质，表明地幔物质的喷射。此外，我们发现初步的证据表明，铁的吸积率下降得更快，比镁或钙，暗示在吸积组合物的可变性。对这一理论的进一步证实将来自于即将进行的对年轻白矮星的大样本分析。
2022-11-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Physical State of the Deep Interior of the CoRoT-7b Exoplanet
本研究将CoRoT-7 b系外行星作为大质量类地行星的模拟物，以调查液体核心中可以维持固有磁场的条件。我们研究了深度依赖性输运参数的影响（例如，地幔岩石的活化体积）对行星热结构的影响以及与之相关的穿过核幔边界的热通量。对于质量比地球大的类地行星，我们的计算表明，地幔最低层的很大一部分处于缓慢的对流状态，主要是由于压力对粘度的影响。因此，我们发现更高的核心温度比以前报道的参数化对流模型。我们还讨论了在杂质存在下熔点降低的影响（例如，硫），并比较相应的熔化关系计算的热结构。由于杂质效应在CoRoT-7 b内部深处普遍存在的高压和高温条件下变得不那么重要，富铁的核心可能是固体，这意味着不存在自持磁场。
2011-05-06 astro-ph.EP
Unlocking planetesimal magnetic field histories: a refined, versatile model for thermal evolution and dynamo generation
本文提出首个同时包含地幔对流与非共晶核心凝固的已分异星子1D热演化与发电机模型，改进黏度、对流参数化、放射性加热及浮力通量，可更可靠地重建星子磁场历史并约束陨石母体性质。
2024-10-01 astro-ph.EP
The efficient delivery of highly-siderophile elements to the core creates a mass accretion catastrophe for the Earth
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）；Université de Paris, Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS（巴黎大学巴黎地球物理学院，法国国家科学研究中心）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；Department of Earth Sciences, University of Cambridge（剑桥大学地球科学系）
研究指出，大型撞击体的金属会沉入地核，导致HSEs在地幔中无痕迹，但考虑到碰撞体大小分布，需大量金属进入地核，与观测到的HSE浓度矛盾，建议通过高效粉碎或氧化物质吸收来解决。
2026-03-18 astro-ph.EP
Reaccumulation process after a catastrophic disruption event on a differentiated asteroid
National Defense Academy（日本防卫大学校）；Kobe University（神户大学）
研究通过模拟撞击事件，探讨分化小行星破坏及铁质 rubble pile 形成机制，发现 catastrophic disruption 产生铁质 rubble pile，而 mantle stripping 形成分层结构，材料强度和方程状态影响碎片生成。
2026-05-12 astro-ph.EP
