水星碰撞起源的动力学约束

在太阳系的四大类地行星中，水星的起源或许最为神秘。旨在模拟类地行星形成动力学的现代数值模拟系统性地无法复现水星；水星质量仅为地球的5%，且拥有行星中最高的轨道偏心率和轨道倾角。然而，水星巨大的富铁核与低挥发性物质丰度在内侧行星中格外突出，似乎暗示着一次剧烈的碰撞起源。由于大多数用于模拟类地吸积的算法未考虑碰撞碎裂的效应，在这些碰撞假说与行星形成的更大背景中检验它们一直十分困难。在此，我们分析了一套考虑了碰撞天体碎裂的大型类地吸积模型。我们发现，在90%的模拟中产生了因反复擦碰碰撞（hit-and-run collisions）而核心质量分数升高的行星。虽然其中许多行星在质量上与水星相似，但它们极少位于类水星轨道上。此外，我们执行了另一批专门检验单次巨碰撞起源情景的模拟。我们发现，在此类事件后同时复现水星-金星动力学间距与类地系统轨道激发程度的概率低于1%。尽管动力学模型在理解火星低质量方面已取得巨大进展，其无法形成准确的水星类比体仍是一个突出问题。