图 水星表面低反照率物质的空间分布。

黄色为具有增强石墨光谱特征的低反照率物质，绿色为不具有增强石墨光谱特征的低反照率物质

　　在国家自然科学基金项目（批准号：42273040、41773063、42241108）等资助下，

中山大学肖智勇教授团队在水星地质研究方面取得进展。研究成果以“水星表面的石墨

含量低于1 wt%（Less than one weight percent of graphite on the surface of Mercury）”为题，

于2024年1月4日在线发表于《自然·天文》（Nature Astronomy）上。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41550-023-02169-5。

　　在太阳系类地天体中，水星的直径最小、核部占比最大、表面反照率最低、

还原程度最高、挥发份含量最高。造成水星独特的地质、地球物理和地球化学

特征的原因是比较行星学的重要研究内容，对解析太阳系原始星盘内的物质

分布和天体早期轨道迁移也具有关键作用。水星表面的铁含量远低于2 wt%，

类地天体表面常见的暗化相（如钛铁矿、陨硫铁等）均无法解释其反照率特征。

水星独特的地球化学特征表明若其早期经历过岩浆洋分异事件，原始壳层应该以石墨为主。

同时，近年来的轨道探测器在水星表面观测到显著的碳元素信号，含量可能高达4 wt%，

远高于其他类地行星和球粒陨石。这表明石墨可能是造成水星低反照率的原因。

但是，受限于轨道器中子仪的探测精度，水星表面的石墨含量及其空间分布规律依然不详。

　　低反照率物质（Low Reflectance Materials；LRM）是水星表面最暗、

挥发份含量最高、地层年龄最老的物质，其可见光-近红外波段的反照率光谱上

普遍存在着增强的石墨吸收特征。研究团队发现水星表面的石墨在空间风化作用下

可能形成易挥发的物质，深部的碳元素可能参与火山活动，形成广泛分布的火成碎屑沉积物。

因此，碳元素可能是连接表面暗色相-挥发份-内部圈层活动的关键纽带。

研究团队对不同光谱特征的LRM开展系统地质填图，发现大约12%的LRM不具有增强的石墨吸收特征，

其地质产出和空间风化特征与其它LRM相同，指示它们存在不同含量或类型的暗化相。

研究团队进而使用辐射传输模型，模拟发现小于1 wt %的微晶石墨和金属铁足以造成水星极低的反照率，

其微小的含量差异可以解释不同地质单元的反照率差异。研究团队进一步发现水星上较年轻的

幔源玄武岩中也含有大量石墨，指示了岩浆洋分异过程的独特还原环境；

LRM可能是早期火山活动的产物，水星极区的部分有机质可能形成于石墨的空间风化作用。

该研究为水星低反照率的成因带来了新答案，完善了水星内部和表面碳的迁移机制。