卜金廷 温
近日，中国科学院上海天文台副研究员邓红平和加州理工学院博士后袁倩在《自然》杂志上发表文章，揭示了地球内部深处巨大异常的秘密。
邓红平用一句话向《中国科学报》介绍了研究内容：“地球在童年时期遭受过一次重大撞击，至今仍可能有撞击器在内陆的残余。 ”
就这么简单吗？”
就这么简单吗？”
邓红平在慕尼黑欧洲南方天文台（ESO）总部作报告。
长期以来，它一直困扰着科学家：月球是从哪里来的？
月球是地球的卫星，也是离地球最近的天体。 几千年来，人类从未停止过对这种头顶可见的神秘存在的探索。 但是月亮从何而来呢？这个谜题困扰了几代科学家。
邓红平提到的“大撞击”假说，就是回答这个问题的主流理论：45亿年前，一颗火星大小的原行星忒伊亚与新生的地球相撞，月球从被撞出的碎片中逐渐聚集成长。 这次碰撞所包含的能量比导致恐龙灭绝的小型天体撞击事件高出约1亿倍，重塑了年轻的地球，并可能在地球的地幔上留下了深深的印记。
这一假说不仅可以解释月球的动力学及其独特的物质组成，而且符合类地行星碰撞增长的理论。
然而，通过对阿波罗月球样本的高精度同位素分析，科学家发现表面物质的成分与月球高度相似，但大撞击模拟中的月球成分却以“外星访客”忒伊亚为主，这应该与地球的成分不同。
造成这种矛盾的根源在于，两颗恒星在碰撞中不能完全混合。
2024年，邓在瑞士苏黎世大学攻读天体物理学博士学位时，从同事克里斯蒂安·莱因哈特（Christian Reinhardt）那里了解到这个问题，并开始尝试使用新方法来模拟这一过程中物质的混合。
光滑粒子流体动力学方法在大型碰撞模拟中应用广泛，但数值粘度较高，不能很好地模拟亚音速湍流及其引起的材料混合。 虽然这一缺陷在计算天体物理学领域已经成为共识，但在行星科学领域却没有引起人们的重视，旧方法的优化和新方法的发展停滞不前。
邓、红平等人开发了一种新的无格计算流体力学方法，可以更有效地捕获弱湍流带来的物质混合物。 然而，他们无法像他们希望的那样将盖亚和忒伊亚均匀地混合在一起。 在撞击过程中，盖亚的物质总是倾向于“漂浮”在盖亚的上半部分，无法大量下沉到盖亚的深幔中，盖亚的上半部分剧烈升温，形成熔融的岩浆海洋。
结果，碰撞后的地幔是分层的：上地幔是岩浆海洋，是盖亚和忒伊亚的混合物，而下地幔基本上是固体，主要保留了盖亚的物质成分。
在与苏黎世联邦理工学院的地球物理学家讨论后，研究团队得出了一个惊人的结论：45亿年前形成的地幔分层可能仍然在地幔中留下痕迹，而层状地幔模型可以更好地解释地表物质成分与月球的相似性。
地幔演化的可能模型。 **frédéric deschamps/nature geoscience.
“如果盖亚和忒伊亚完全混合，我们将很难有机会区分两者并研究它们各自的性质，”邓说。 而这种有趣的层次结构，如果以某种形式保存下来，将为我们提供研究月球形成甚至地球演化的重要机会。 ”
2024年，邓红平等人向《自然》投稿，经过一年多的磨审，不幸被否决。 随后，他们向著名的天文学期刊《天体物理学杂志》（APJ）投稿，该杂志很快出版。
这种将天文学和地球科学联系起来的尝试起初并没有引起太多关注，但吸引了另一位合作者袁倩。
袁倩. 跨学科合作形成一个完美的闭环。
20世纪80年代，地球科学家发现，在地幔底部有两个巨大的异常区域，当**波穿过它们时，波速明显下降。 因此，这两个在地幔底部绵延数千公里的异常天体通常被称为大型低速天体。 尽管大多数地球科学家认为，由于这两个区域的铁含量相对较高，因此可能具有更高的密度，但目前尚不清楚是什么过程形成了这两个异常区域。
2024年，在美国亚利桑那州立大学的一次研讨会上，一位教授质疑月球形成的“大影响”假说：撞击器忒伊亚真的存在吗？为什么没有人找到忒伊亚存在的证据？
正是这个问题，让袁谦灵光一闪：“难不成那庞大的低速体是忒雅的残余？”
会后，袁倩查阅了相关资料，发现没有人提出过类似的假设。 随后，他与亚利桑那州立大学博士生导师李明明教授合作，从地球动力学的角度验证了这一猜想。 他们的研究结果支持了这一假设，但有必要假设地球的地幔在“大撞击”之后并没有完全融化，而大多数以前的通讯员**认为，由于算法和分辨率问题，撞击在很大程度上导致了地幔的完全融化。
正是在这个时候，袁谦看到了邓洪平最新的apj**，其中描述了“大撞击”后地球的分层，这是他正在寻找的证据。
因此，袁谦邀请邓红平去探索大碰撞后进入地球深处的忒伊亚物质。 在此之前，这些进入地球深处的忒伊亚材料一直被邓红平忽略，之后两人的合作就像水中的鱼一样，完美地形成了一个研究的闭环。
令人惊讶的是，通过对以往大型碰撞模拟和更高精度的新模拟的深入分析，研究团队发现，与大低速体积质量相同的忒伊亚材料进入了盖亚的下地幔。 邓红平进一步邀请了计算天体物理学专家雅各布·科格雷斯（Jacob Kegerreis）用传统的光滑粒子流体力学方法证实了这一结论。
今天地幔深处的异质可能是导致月球形成的大碰撞事件的残余物 来源：邓红平、杭州思菲尔科技***
此外，研究团队还计算出，这些TEIA地幔物质与月球岩石一样富含铁，因此它们比周围的GAIA物质密度更大，因此它们迅速下沉到地幔底部，在地幔的长期对流下形成两个显著的大型低速体，在45亿年的地质演化后，它们仍然稳定地存在于地核-地幔边界以上。
这一次，他们的**被大自然成功接收，也被选为封面文章。 “由于地球物理学家，地球化学家和天体物理学家的合作，我们可以将地月系统的形成和演化整合到整个内太阳系类地行星形成的框架中，甚至为理解外星地球的形成和宜居性提供灵感，”邓说。 ”
自由的氛围让他们敢于思考和行动！
今天的人看不到远古和月亮，但这个月曾经看起来像古人。 “45亿年前的天地崩塌，早已隐藏在尘烟之中，很难找到一丝痕迹。 然而，科学家的想象力和计算能力可以超越时间和空间的限制，带领我们探索深埋在地下的古代遗迹。
此前，邓红平主要从事天体物理研究，对地球的演化知之甚少，却被同事偶然带入了月球形成的研究。
但幸运的是，他通过电子邮件联系的专家愿意和这个普通的研究生一起认真地去研究那些疯狂的想法。 而后来与袁倩的合作，也是从一封陌生人发来的邮件开始的。
这也是整个研究过程中最深刻的一环：当青年学者提出想法、寻求合作时，大家不会感到疯狂，自由轻松的科研氛围让他们敢想敢做！
*的发布并不是结束。 邓红平、袁谦等人的探索仍在继续，以期进一步丰富或验证这些理论。
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