灶神星自转轴重定向与减速机制揭示Divalia Fossae构造起源

为解决灶神星（Vesta）表面Divalia Fossae巨型沟槽的成因争议，研究人员通过重力场建模和岩石力学分析，提出其形成与两次巨型撞击引发的自转轴重定向（TPW）和减速（despinning）直接相关。该研究揭示了行星早期构造演化中旋转动力学的重要作用，为类地天体构造机制提供了新范式。

　　

在太阳系早期演化过程中，小行星灶神星（Vesta）作为唯一被探测器详细考察的已分化岩石质原行星，其表面特征记录了行星形成的关键信息。其中最引人注目的是赤道区域延伸的Divalia Fossae沟槽系统——这些堪比地球科罗拉多大峡谷的巨型构造，其成因长期存在争议。传统观点认为它们直接形成于Rheasilvia撞击事件，但该假说与沟槽切割撞击坑的地层学证据存在矛盾。

为破解这一谜题，研究团队通过高精度重力场分析和全球应力场建模，首次提出Divalia Fossae的形成与灶神星自转状态改变直接相关。研究表明，Veneneia和Rheasilvia两次巨型撞击在灶神星南极形成的凹陷改变了其重力场分布，引发自转轴3°的重定向（True Polar Wander, TPW）和16%的转速降低（despinning）。这种旋转动力学调整产生的应力场完美解释了沟槽的空间分布：计算显示赤道区域产生12-26 MPa的拉张应力，超过玄武岩岩体抗拉强度（T₀=0.2 MPa），导致以东西向为主的张裂隙系统。

研究采用三大关键技术：1）基于球形谐波分析（spherical harmonic degree-3及以上）的撞击盆地重力场反演；2）结合TPW和despinning参数的度-2重力场约束优化；3）应用Griffith断裂准则和Coulomb准则的全球岩石力学评估。

【RESULTS】

1. 几何关联性验证：通过立体投影分析证实Divalia Fossae平面极点与Veneneia-Rheasilvia复合凹陷的几何中心重合（置信度>95%），且与当前自转极位置一致。

2. 旋转动力学模型：最优解显示初始自转极位于87°N 41°E，转速比如今快16%。重力异常计算表明，这种调整产生的应力场在赤道形成高强度各向异性拉张区（σ₃达-26 MPa）。

3. 构造匹配度：应力场预测的裂隙类型（纯张裂隙而非地堑）与沟槽形态学证据完全吻合，且最优走向（东西向±15°）覆盖了94%的实际沟槽走向。

4. 区域异常解释：沟槽在Vestalia Terra高原的缺失与该区域较高的力学强度（C₀=0.4 MPa）相符，这一现象排除了次生撞击链假说。

【DISCUSSION】
该研究重构了灶神星的构造演化序列：Rheasilvia撞击扩大原有Veneneia凹陷→重力场改变触发TPW+despinning→全球应力场重组→赤道区优先形成Divalia Fossae。这一机制不仅解释了沟槽与撞击坑的穿切关系，还揭示了Saturnalia Fossae可能由更早的Veneneia撞击引发类似旋转调整所致。

发表于《SCIENCE ADVANCES》的这项研究具有双重突破意义：在方法论上，建立了小天体旋转动力学-构造响应的一体化分析框架；在理论上，证实旋转参数改变可产生与板块构造迥异的全球裂隙系统。这为解读月球裂隙系统、谷神星（Ceres）表面特征等提供了新视角，深化了对太阳系天体早期力学演化的认知。