2026年9月14日 中大研究揭水星年輕平原竟最多「皺紋」真相 地幔活動持續塑造行星地貌

科學界一直認為水星地貌主要由行星冷卻收縮形成，而相關構造活動理應早已結束。不過，香港中文大學（中大）領導的研究團隊發現，水星北極附近的年輕平原雖然形成時間較晚，卻比其他地區呈現更顯著的地殼擠壓變形。研究進一步指出該處曾發生來自深部地幔的熾熱岩石上湧，揭示除了冷卻收縮外，地幔熱活動亦可能是水星地貌仍在持續塑造的重要原因。相關研究已發表於國際頂尖科學期刊《自然通訊》（Nature Communications）。

水星是太陽系中體積最小、距離太陽最近的行星。水星的地貌形成和其他類地行星相似：熾熱的內部逐漸冷卻，整顆行星隨之收縮，堅硬的外殼被擠壓成長長的懸崖與山脊，就像蘋果放久了、果皮皺起來一樣。

是次研究聚焦於水星北極附近的北部平坦平原（Northern Smooth Plains），覆蓋水星表面約7%，形成於約37億年前，於水星而言相當年輕。按照現有理論，水星的大部分收縮早已發生，較晚形成的地表區域應受到較少的收縮變形影響。然而，研究團隊將全水星的懸崖與山脊逐一繪製成圖，並量度各處地殼被擠壓的程度，結果卻與預期相反：這片年輕平原是水星上皺褶最嚴重的地區，顯示單以冷卻收縮未能完全解釋北部平坦平原的地貌形成。

結合數據及電腦演化模擬探討異變

為探究原因，研究團隊進一步結合水星的重力與地形高度數據，配合行星內部的電腦演化模擬，探討異常變形的可能機制，結果發現區域性的內部地幔活動亦能持續影響水星表面地貌。水星北部平坦平原中央有一塊寬闊而平緩的隆起（稱為「北部隆起」Northern Rise），研究認為是由一團曾經自地表以下約350公里處上湧、熾熱而密度較低的岩石造成。上湧的岩石無法突破水星堅硬的外殼，於是在外殼底下向兩旁擴散，形成一層約730公里寬的扁平岩層，平原中央被推升並輕微拉伸，周圍的平原則被擠壓並皺起。

研究指，即使熾熱的岩石後來逐漸冷卻，隆起開始下沉，但擠壓並未停止。它留下的地形起伏與應力，在其後極長的時間裡繼續使地表破裂，解釋了為何此區部分懸崖與裂縫看起來出奇地「新」。

為理解類地行星地貌演化提供線索

團隊表示，這項研究為科學家提供了解讀水星地表皺褶形成的新方式，並能套用於其他星球。火星與金星的地表亦存在類似的深部上湧跡象，然而過往研究很少如此清楚地將其與地表裂縫和懸崖聯繫起來。此研究結合地表測繪與內部模擬，反映岩質行星如何冷卻、收縮，以及局部區域如何靠深處的熱量「重新活躍」長達數十億年。

論文第一作者、中大地球與環境科學系博士後研究員謝景椿博士表示：「水星常被視為一顆在地質活動上已經『死去』的星球。我們的研究結果顯示，即使其主要的熱演化階段結束已久，深處仍有力量在持續塑造水星表面──就像腳已經抬起，腳印卻還在往地面壓下去。」

論文通訊作者、中大地球與環境科學系吳嬿媖地球物理學助理教授詹彥教授補充：「這些變形在『北部隆起』周圍形成箭靶般的清晰同心圓圖案，其形成與行星深處的一個熱源有密切關聯，也改變了我們對水星懸崖與山脊形成的理解。」

論文共同作者、香港大學地球與行星科學系張健教授說：「一個從如此深處開始的過程，竟能在表面留下如此整齊的痕跡，實在令人驚訝。這說明水星內部與表面保持連動的時間，遠比我們認知的長。」

此研究由香港研究資助局、國家自然科學基金委員會及中國科學技術部等資助，論文作者為謝景椿（中大）、詹彥（中大通訊作者）、龔盛夏（中國科學院上海天文台）、黃乘利（上海天文台、中國科學院大學天文與空間科學學院）及張健（香港大學地球與行星科學系、西北大學—香港大學地球與行星科學聯合研究中心）。