漫长的核心形成过程以及撞击事件导致了太阳系早期行星体的形成

《SCIENCE ADVANCES》：Protracted core formation and impact disruptions shaped the earliest outer Solar System planetesimals

铁陨石母体天体的化学组成差异源于吸积和分异历史的差异。非碳质（NC）和碳质（CC）铁陨石核心的S含量、HSE富集程度及核心形成年龄存在显著区别：CC核心S含量更低，HSE/NiCI比值更高，形成年龄更年轻。通过平衡分馏模型，作者提出CC陨石的核心形成经历了多阶段过程：早期S富集液态金属分异形成富HSE核心，随后部分熔融分异出S贫固态金属残留体，并通过碰撞重新吸积。此机制解释了CC陨石的高HSE/NiCI比值及其硫分馏特征，无需假设CC母体天体额外 accrete CAI富集物质。研究还修正了CC陨石母体天体的核心质量分数估计，揭示了早期行星碰撞对太阳系天体演化的关键作用。核心形成年龄的重新评估表明，CC天体核心形成可能早于NC天体，但需结合母体天体碰撞事件的时间线进一步验证。

　　铁陨石是研究太阳系早期行星体形成和演化历史的重要窗口，它们的化学特征为理解行星体的分化过程提供了关键线索。非碳质（NC）和碳质（CC）铁陨石的母体（IMPBs）在核心成分上的显著差异，反映了太阳系内部和外部区域在形成过程中所经历的不同条件。NC IMPBs通常具有较大的、硫（S）丰富的、高度亲铁元素（HSEs）贫乏的核心，而CC IMPBs则表现出较小、硫贫乏、HSEs富集的核心，并且其核心形成时间可能较晚。然而，这些差异的成因一直存在争议。本研究提出了一种多阶段演化模型，解释了这些差异的来源，并揭示了早期行星体碰撞在塑造行星体化学演化中的关键作用。

### 早期行星体分化过程中的多阶段演化模型

本研究基于铁陨石核心的化学组成，提出了一个解释NC和CC IMPBs核心差异的多阶段演化模型。该模型认为，CC IMPBs的核心成分可能源于其母体在经历碰撞破坏后，重新聚集的幔部碎片。这一过程涉及多个阶段：
1. **初始加热与硫富集的金属核心形成**：在太阳系早期，行星体通过内部热源（如放射性同位素26Al的衰变）开始加热，导致硫富集的金属液体从原始的金属核心中分离出来。
2. **碰撞破坏**：在这些行星体尚未完全分化的阶段，发生了碰撞事件，将它们破碎成碎片。
3. **碰撞碎片的重新聚集**：这些碎片重新聚集，形成新的行星体，其核心成分可能来自原始母体的幔部。
4. **进一步的26Al驱动加热**：新形成的行星体在随后的加热过程中，由于残留的26Al衰变，产生了新的HSEs富集、硫贫乏的核心。这些核心最终成为铁陨石的来源。

这一模型的核心假设是，CC IMPBs的核心成分并不是由原始的硫富集的金属液体直接形成，而是通过碰撞事件后重新聚集的碎片中硫贫乏的金属残余物形成。因此，铁陨石的化学特征反映了这些第二代核心的演化历史，而不是原始行星体的直接产物。

### 铁陨石与原始材料的关系

铁陨石的化学特征不仅反映了行星体内部的分化过程，还可能受到外部物质的输入影响。然而，CC IMPBs的核心成分与NC IMPBs相比，显示出不同的HSEs/Ni比值和S含量，这表明它们可能经历了不同的分化历史。通过分析这些差异，研究者发现，CC IMPBs的核心成分中HSEs的富集可能并非由于外部物质的输入，而是由于行星体内部的演化过程。具体而言，CC IMPBs的核心成分可能源于碰撞后重新聚集的碎片，这些碎片中保留了硫贫乏的金属残余物。

### 铁陨石的形成与行星体的化学演化

铁陨石的形成过程涉及行星体内部的分化，其中金属液体从原始的金属核心中分离出来，形成核心。这一过程受到硫含量的影响，因为硫含量高的金属液体更容易从原始的金属核心中分离。然而，CC IMPBs的核心显示出较低的硫含量，这表明它们可能经历了不同的分化机制。此外，CC IMPBs的核心成分中HSEs的富集可能与行星体内部的热演化有关，即行星体在经历碰撞后，重新聚集的碎片可能经历了进一步的加热过程，从而导致HSEs的富集。

### 碰撞对行星体化学特征的影响

行星体的碰撞过程不仅影响其物理结构，还可能改变其化学特征。在太阳系早期，行星体之间的碰撞非常频繁，这些碰撞可能导致碎片的重新聚集，从而形成新的行星体。这些新形成的行星体可能继承了原始行星体的某些化学特征，但也会受到碰撞过程中物质的重新分配影响。例如，CC IMPBs的核心成分可能源于碰撞后重新聚集的碎片，这些碎片中保留了硫贫乏的金属残余物。这种现象在铁陨石中得到了支持，因为CC IMPBs的核心成分中HSEs的富集可能与这些碎片的重新聚集有关。

### 化学特征与行星体演化历史的关系

铁陨石的化学特征为理解太阳系早期行星体的演化历史提供了重要线索。通过分析这些特征，研究者发现，CC IMPBs的核心成分可能反映了其母体在碰撞后的演化过程。这些核心成分中的HSEs富集可能与行星体内部的热演化有关，即行星体在经历碰撞后，重新聚集的碎片可能经历了进一步的加热过程，从而导致HSEs的富集。这一过程可能与行星体内部的热演化和碰撞事件的频率有关，表明早期的行星体碰撞对行星体的化学特征有重要影响。

### 对早期行星体化学演化的启示

本研究的结果对理解太阳系早期行星体的化学演化提供了新的视角。通过分析铁陨石的化学特征，研究者发现，CC IMPBs的核心成分可能反映了其母体在碰撞后的演化过程，而这些演化过程可能与行星体内部的热演化有关。这表明，行星体的化学特征不仅受到内部热源的影响，还可能受到外部碰撞事件的影响。此外，研究还指出，CC IMPBs的核心成分中HSEs的富集可能与碰撞后重新聚集的碎片有关，这些碎片中保留了硫贫乏的金属残余物。

### 结论

综上所述，CC IMPBs的核心成分可能反映了其母体在碰撞后的演化过程，而这些演化过程可能与行星体内部的热演化有关。通过分析铁陨石的化学特征，研究者发现，CC IMPBs的核心成分中HSEs的富集可能并非由于外部物质的输入，而是由于行星体内部的演化过程。这一发现为理解太阳系早期行星体的化学演化提供了新的视角，并强调了早期行星体碰撞在塑造行星体化学特征中的重要性。