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图 水星表面低反照率物质的空间分布。黄色为具有增强石墨光谱特征的低反照率物质，绿色为不具有增强石墨光谱特征的低反照率物质
在国家自然科学基金项目（批准号：42273040、41773063、42241108）等资助下，中山大学肖智勇教授团队在水星地质研究方面取得进展。研究成果以“水星表面的石墨含量低于1 wt%（Less than one weight percent of graphite on the surface of Mercury）”为题，于2024年1月4日在线发表于《自然·天文》（Nature Astronomy）上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41550-023-02169-5。
在太阳系类地天体中，水星的直径最小、核部占比最大、表面反照率最低、还原程度最高、挥发份含量最高。造成水星独特的地质、地球物理和地球化学特征的原因是比较行星学的重要研究内容，对解析太阳系原始星盘内的物质分布和天体早期轨道迁移也具有关键作用。水星表面的铁含量远低于2 wt%，类地天体表面常见的暗化相（如钛铁矿、陨硫铁等）均无法解释其反照率特征。水星独特的地球化学特征表明若其早期经历过岩浆洋分异事件，原始壳层应该以石墨为主。同时，近年来的轨道探测器在水星表面观测到显著的碳元素信号，含量可能高达4 wt%，远高于其他类地行星和球粒陨石。这表明石墨可能是造成水星低反照率的原因。但是，受限于轨道器中子仪的探测精度，水星表面的石墨含量及其空间分布规律依然不详。
低反照率物质（Low Reflectance Materials；LRM）是水星表面最暗、挥发份含量最高、地层年龄最老的物质，其可见光-近红外波段的反照率光谱上普遍存在着增强的石墨吸收特征。研究团队发现水星表面的石墨在空间风化作用下可能形成易挥发的物质，深部的碳元素可能参与火山活动，形成广泛分布的火成碎屑沉积物。因此，碳元素可能是连接表面暗色相-挥发份-内部圈层活动的关键纽带。研究团队对不同光谱特征的LRM开展系统地质填图，发现大约12%的LRM不具有增强的石墨吸收特征，其地质产出和空间风化特征与其它LRM相同，指示它们存在不同含量或类型的暗化相。研究团队进而使用辐射传输模型，模拟发现小于1 wt %的微晶石墨和金属铁足以造成水星极低的反照率，其微小的含量差异可以解释不同地质单元的反照率差异。研究团队进一步发现水星上较年轻的幔源玄武岩中也含有大量石墨，指示了岩浆洋分异过程的独特还原环境；LRM可能是早期火山活动的产物，水星极区的部分有机质可能形成于石墨的空间风化作用。该研究为水星低反照率的成因带来了新答案，完善了水星内部和表面碳的迁移机制。