数值模拟火星演化早期的超大型撞击事件对其亚临界发电机的影响

本项目组关于火星发电机数值模拟的前期工作表明：火星发电机湮灭前很可能处于亚临界状态，使得火星发电机在很短的时间内突然湮灭。对火星Noachian纪早中期的超大型撞击事件的研究结果也支持火星发电机快速湮灭的观点。而剩余磁场的观测结果显示，火星发电机的"死亡"和火星演化早期的超大型撞击事件之间存在时间的巧合。为探索火星发电机快速湮灭的机制，有必要考察在超大型撞击事件发生期间，火星发电机是否处于亚临界状态。由于超大型撞击事件通过改变穿过核幔边界热流的均匀性，影响火星发电机。我们将在前期工作的基础上，在MoSST行星液核发电机模型中加入计算超大型撞击事件产生的核幔不均匀性热流的模块。着重讨论在该因素影响下，亚临界发电机的存在性及其产生的磁场特征。为解答是否超大型撞击事件是导致火星发电机突然"死亡"的原因，以及认识火星地壳磁场不均匀性特征形成的机制提供新的理论信息。

火星表面剩余磁场和直径大于1000公里的超大型撞击盆地内部磁化研究表明：在Noachian纪早中期，火星存在液态内核发电机作用。这引发如下科学问题：这些大型撞击事件仅记录了火星发电机消失过程，还是导致其湮灭的真正原因。本研究通过考察这些大型撞击事件产生的强烈不均匀性热流对火星发电机的影响来探索该问题。原定研究计划为：利用NASA的行星液核动力学MoSST模式开展不均匀热边界下火星亚临界发电机的数值模拟工作。该计划在其中后期由于NASA对华合作政策的改变（本项目组成员，匡伟佳研究员据此退出研究合作）做了适当调整。主要调整部分为重点关注:理解火星亚临界发电机作用的两分性特征及热不均匀性对火星磁场两分性分布特征的影响。我们的初步结果显示：亚临界发电机产生的磁场形态是半个行星尺度的，即在一个半球内的磁场强度比另一个半球的强度平均高一个量级。不均匀热边界条件不会改变磁场这种两分化的分布特征。然而，随着热不均匀性的增加，火星亚临界发电机所产生的磁场强度有所减小。用复自然正交函数（CEOF）进一步分析表明，该磁场时空变化特征相对简单，CEOF的前四个模态总和就达到其总能量的95%。除了已发表的两篇文章，我们目前正在撰写一篇以上的相关研究论文。