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天体物理学 > 地球与行星天体物理学

arXiv:2507.01826 (astro-ph)
[提交于 2025年7月2日 ]

标题: Theia的动态起源,地球上的最后一个巨大撞击体

标题: Dynamical origin of Theia, the last giant impactor on Earth

Authors:Duarte Branco, Sean N. Raymond, Pedro Machado
摘要: 宇宙化学研究提出,地球大约有5-10%的质量来自于碳质(CC)物质,其中大部分是在最后通过其撞击体Theia(形成月球的撞击体)输送的。 在这里,我们使用地行星形成的动力学模拟来评估这一观点,从一个标准设置开始,即在金星和地球轨道之间的环形区域内分布着行星胚胎和小行星,并且还包括由木星散射向内的CC小行星和行星胚胎群体。 我们发现,这种情景可以满足许多约束条件,包括i)类地行星的质量和轨道;ii)地球的CC质量分数;iii)火星的CC质量分数要低得多,只要火星只吸积了CC小行星(但没有CC胚胎);iv)最后一次巨大(形成月球的)撞击的时间;以及v)后期吸积阶段主要由非碳质(NC)天体主导。 为了使这种情景成立,散射的CC天体的总质量必须约为0.2 - 0.3 M$_{\oplus}$,其中胚胎与小行星的质量比至少为8,并且CC胚胎的质量范围约为0.01 - 0.05 M$_{\oplus}$。 在这种情况下,我们的模拟显示,地球最后一次巨大撞击体(Theia)是碳质物体的可能性约为50-50——要么是一个纯的CC胚胎,要么是一个之前吸积了CC胚胎的NC胚胎。 因此,我们的模拟为宇宙化学研究提供了动力学验证。
摘要: Cosmochemical studies have proposed that Earth accreted roughly 5-10% of its mass from carbonaceous (CC) material, with a large fraction delivered late via its final impactor, Theia (the Moon-forming impactor). Here, we evaluate this idea using dynamical simulations of terrestrial planet formation, starting from a standard setup with a population of planetary embryos and planetesimals laid out in a ring centered between Venus and Earth's orbits, and also including a population of CC planetesimals and planetary embryos scattered inward by Jupiter. We find that this scenario can match a large number of constraints, including i) the terrestrial planets' masses and orbits; ii) the CC mass fraction of Earth; iii) the much lower CC mass fraction of Mars, as long as Mars only accreted CC planetesimals (but no CC embryos); iv) the timing of the last giant (Moon-forming) impact; and v) a late accretion phase dominated by non-carbonaceous (NC) bodies. For this scenario to work, the total mass in scattered CC objects must have been ~ 0.2 - 0.3 M$_{\oplus}$ , with an embryo-to-planetesimal mass ratio of at least 8, and CC embryos in the ~ 0.01 - 0.05 M$_{\oplus}$ mass range. In that case, our simulations show there are roughly 50-50 odds of Earth's last giant impactor (Theia) having been a carbonaceous object - either a pure CC embryo or an NC embryo that previously accreted a CC embryo. Our simulations thus provide dynamical validation of cosmochemical studies.
评论: 20页,11张图,将发表于《Icarus》
主题: 地球与行星天体物理学 (astro-ph.EP)
引用方式: arXiv:2507.01826 [astro-ph.EP]
  (或者 arXiv:2507.01826v1 [astro-ph.EP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.01826
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Duarte Branco [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 2 日 15:41:34 UTC (2,574 KB)
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