新的研究表明，金星表面广阔的冠状结构（Coronae）可能仍在持续受到构造过程的影响。该图显示的是NASA麦哲伦（Magellan）任务观测到的部分冠状地貌，包括从左上顺时针方向的阿尔忒弥斯、奎特萨尔佩特拉特尔、巴赫特和福特拉冠状地貌。
图片来源: NASA/JPL-Caltech
研究人员利用1989年发射的麦哲伦探测器的档案数据，发现了金星表面可能正在经历构造活动的新证据。
根据这项基于NASA麦哲伦任务30多年前收集的数据的新研究，金星表面那些巨大的类圆形结构可能揭示该行星存在持续的构造运动。在地球上，地壳由漂浮在粘性地幔上的巨大构造板块不断移动、循环和重塑，从而持续更新地表。而金星没有构造板块，但其表面依然会受到来自地幔下方的炽热物质的形变影响。
为了更好地理解驱动这些地表变形的深层过程，研究人员专注研究了一类名为冠状结构（corona）的地貌。这些冠状结构直径从数十到数百英里不等，通常被认为是来自地幔的炽热、浮力强的物质上升并推挤上方岩石圈的产物（岩石圈包括地壳和最上层地幔）。这些结构多呈椭圆形，周围伴有同心的断裂系统。目前已知金星上存在数百个冠状地貌。
该研究发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上，详细介绍了在金星许多冠状地貌及其下方发现的新活动迹象，这些地貌或许还能为了解地球早期的地质历史提供独特窗口。研究人员在NASA麦哲伦任务收集的金星重力和地形数据中发现了这些构造活动的证据。麦哲伦任务曾在1990年代环绕金星飞行，获取了迄今为止最详细的金星重力与地形数据。
“地球今天没有冠状地貌，但在地球年轻、尚未形成板块构造时期，它们可能存在，”该研究的第一作者、马里兰大学巴尔的摩分校以及NASA戈达德航天中心的助理研究科学家盖尔·卡西奥利（Gael Cascioli）表示。“通过结合重力和地形数据，这项研究为我们提供了一个新的重要视角，让我们了解目前可能正在塑造金星表面的地下过程。”
这幅艺术家概念图展示了位于金星南半球的大型奎特萨尔佩特拉特尔冠状地貌（Quetzalpetlatl Corona），描绘了活跃的火山活动和俯冲带，其中前景中的地壳正在向金星内部俯冲。一项新研究表明，冠状地貌是多种构造活动发生的地点。
图片来源: NASA/JPL-Caltech/Peter Rubin
作为NASA即将开展的VERITAS（金星发射率、射电科学、合成孔径雷达干涉测量、地形测绘与光谱分析）任务的成员，卡西奥利及其团队特别期待该探测器未来提供的高分辨率重力数据。该研究的共同作者、同样在戈达德航天中心工作的埃尔万·马扎里科（Erwan Mazarico），将共同领导VERITAS任务中的重力实验，该任务预计最早于2031年发射。
神秘的冠状地貌
由NASA位于加利福尼亚南部的喷气推进实验室管理的麦哲伦探测器，利用其雷达系统穿透金星浓厚的大气层，绘制了其山脉和平原的地形图。在探测到的众多地质特征中，冠状地貌或许是最神秘的：科学家们一直无法确定它们是如何形成的。近年来，科学家发现，许多冠状地貌位于岩石圈较薄、地热流较高的区域。
“冠状地貌在金星上非常常见，它们体积庞大，多年来人们提出了多种形成理论，”该研究的共同作者、瑞士伯尔尼大学的地球与行星科学家安娜·古尔彻（Anna Gülcher）表示，“而对我们研究而言，最令人兴奋的是，我们现在能够说，这些冠状地貌很可能是由各种正在进行的活跃过程驱动形成的。我们认为这些过程也可能曾在地球早期历史中发生过。”
研究人员开发了复杂的三维地球动力学模型，模拟了多种由地幔柱引发的冠状地貌形成情景，并将这些模型与麦哲伦探测器获得的重力和地形数据进行对比。重力数据对于帮助研究人员探测到地下较低密度、炽热且具有浮力的地幔柱至关重要，这些信息仅凭地形数据是无法获知的。在研究的75个冠状地貌中，有52个显示其下方存在浮力强的地幔物质，极有可能正在驱动构造过程。
其中一个关键过程是俯冲：在地球上，俯冲发生在一个构造板块的边缘被推进到相邻板块之下时。板块之间的摩擦可能引发地震，而当旧的岩石物质下沉到炽热的地幔中时，这些岩石会熔化，并通过火山喷口被重新带回地表。
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这些插图展示了金星冠状地貌下可能持续存在的各种构造活动类型。顶部展示了岩石圈滴落和俯冲过程；下方则展示了两种情景，其中炽热的地幔柱物质上升并推动岩石圈，可能引发其上方的火山活动。
图片来源: Anna Gülcher，CC BY-NC
在金星，一种不同类型的俯冲过程被认为发生在某些冠状地貌的边缘。在这种情境下，当地幔中的炽热地幔柱具有浮力并向上推动岩石圈时，地表物质会上升并向外扩散，与周围地表物质相撞，并将其向下推入地幔之中。
另一种被称为岩石圈滴落的构造过程也可能存在，在这种过程中，相对较冷且密集的岩石圈物质会从岩石圈下沉到炽热的地幔中。研究人员还指出，有几个地方可能存在第三种过程：炽热的地幔柱在岩石圈较厚的区域下方，可能驱动其上方的火山活动。
破解金星之谜
这项研究标志着科学家再次利用麦哲伦探测器的数据，发现金星表现出比原先认为更类似地球的地质过程。最近，研究人员能够在该探测器的雷达图像中发现金星上的活跃火山，包括从马特蒙斯、锡芙蒙斯和埃斯特拉区域喷发的巨大熔岩流。
虽然这些图像提供了火山活动的直接证据，但新研究的作者们需要更高分辨率的数据，以全面描绘驱动冠状地貌形成的构造过程。“VERITAS探测器绘制的金星重力图将使分辨率提高至少两到四倍，具体取决于位置——这一细节水平可能彻底革新我们对金星地质的理解，并为了解早期地球带来深远影响，”该研究的共同作者、JPL的行星科学家兼VERITAS任务首席研究员苏珊娜·斯姆雷卡（Suzanne Smrekar）说道。
由JPL管理的VERITAS任务将使用合成孔径雷达创建全球3D地图，并利用近红外光谱仪分析金星表面的组成。借助其无线电跟踪系统，探测器还将测量金星的重力场，以确定其内部结构。所有这些仪器将帮助科学家定位金星表面的活动区域。
如欲了解更多关于NASA VERITAS任务的信息，请访问：
https://science.nasa.gov/mission/veritas/
参考来源:
NASA’s Magellan Mission Reveals Possible Tectonic Activity on Venus
