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林渝超,July 3, 2025
类地行星的形成是太阳系演化历程中的关键环节，其物质来源问题一直是行星科学领域的核心议题。传统观点曾认为球粒陨石是类地行星的主要吸积物质，但随着研究的深入，分异型无球粒陨石被证实为太阳系最早形成的岩石，且类地行星的形成时间跨度与球粒陨石的形成时间存在重叠，这使得类地行星的物质来源问题变得更加复杂。目前，星子碰撞理论和卵石增生理论是解释类地行星吸积过程的两大主流模型，但两者均存在争议。星子碰撞理论认为类地行星主要由内太阳系亏损挥发分的行星胚胎碰撞形成，而卵石增生理论则主张类地行星通过初代星子增生富挥发分的“卵石”形成。这两种模型在解释同位素异常等方面各有优劣，但也都存在各自的缺陷。
图1 卵石吸积模式图
该研究研究聚焦于Basaltic Eucrite的稳定Sr同位素组成，试图为类地行星吸积物质源区的研究提供新的线索和证据。Sr是一种碱土金属和大离子亲石元素，其地化性质与钙相似，广泛分布于岩石、水体和生物体中。Sr有四种稳定同位素（84Sr、86Sr、87Sr 和 88Sr），其中87Sr除了自然界本身存在的，还能通过87Rb的放射性衰变形成。Sr不易受挥发和核幔分异过程影响，这使得Sr同位素成为研究行星形成和演化过程中物质来源和吸积过程的理想示踪剂。研究选择了来自灶神星的Basaltic Eucrite作为研究对象，因为灶神星是早期形成的分异型星子，其陨石样品丰富且有实际探测数据。通过对34块Basaltic eucrite的Sr同位素组成进行精确测量，结合岩相学和元素分析，排除了受风化和非质量相关分馏影响的样品，厘清了Sr同位素分馏原因，并限定了全硅酸盐灶神星的组成。研究通过建立岩浆洋结晶模型，模拟Basaltic eucrite的初始岩浆形成过程，进一步探讨了卵石吸积模型的可靠性。
Basaltic Eucrite的δ88/86Sr范围为0.08 - 0.36。斜长石在岩浆过程中会优先分配重同位素，导致熔体中 Sr 同位素组成发生变化。通过分析Basaltic Eucrite的 Sr 同位素组成与斜长石结晶的关系，证实了斜长石结晶是导致Basaltic Eucrite Sr 同位素分馏的主要因素。
图2 斜长石中δ88/86Sr分馏模拟图
类地行星更可能是通过卵石吸积模型形成的。研究发现，具有CI组成的卵石与灶神星代表的早期星子混合能够解释地球的Sr同位素组成，且地球CI物质加入的比例至少大于20%。这表明卵石吸积模型在解释类地行星形成过程中具有一定的合理性，为卵石吸积理论提供了新的证据支持。且挥发性元素Zn估计的CI物质加入比例不到10%的结果可能并不准确。
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