直径超70000公里,质量是地球55倍,科学家如何探知土星内部结构

直径超70000公里,质量是地球55倍,科学家如何探知土星内部结构】天文学家确实很厉害 , 不需要靠近某颗行星 , 就能推测其内部结构是怎样的 。 前不久 , 我们刚刚介绍天文学家推测出火星的核心结构 , 最近 , 另外一批科学家取得了另一项成就 , 对更加遥远的行星——土星进行了研究 , 取得了对其内核的最新理解 。
土星是距离太阳第6远的行星 , 和地球的距离超过了10亿公里 。 当然了 , 对于一颗行星内部结构了解的难度 , 绝不仅仅在于距离 。 即使是我们脚下的地球 , 其内部结构到底是怎么样的 , 也仍然充满了未知 。
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(图片说明:此前认为的土星内部结构)
当然了 , 对于地球或者火星这样的岩石行星来说 , 了解其内部结构有一种手段非常关键而且有效 , 那就是地震波 。 地震的时候 , 内部的地震波会向地表传播 , 传播过程中经过不同类型的内部结构 , 就会发生不同的变化 , 这就是科学家们借机研究地球内部结构的重要手段 。
甚至对于恒星的内部结构 , 科学家们也能找到研究的方法 。 其内部的波动会以亮度的形式表现出来 , 从而被我们探测 。
但是对于木星、土星这样的气体行星来说 , 除了距离遥远导致的探测器数量比较少之外 , 也无法利用地震波的形式进行内部结构的探测 。 同时它们本身又不会发光 , 这就让科学家感到很棘手了 。
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(图片说明:木星和土星)
好在 , 科学家们非常聪明 , 他们总是能够找到各种各样的方法 , 完成那些在普通人看来几乎无法实现的科学探测 , 解答那些科学谜题 。
最近 , 加州理工学院的科学家们 , 利用土星外围巨大的土星环 , 实现了对其行星核的分析 。
有意思了 , 为什么土星外部的结构 , 反而能够帮助人类理解其内部的核心呢?
实际上 , 他们利用的原理还是类似于岩石行星的地震波 。 加州理工学院天体物理学家JimFuller解释说:“我们将土星环等效成了一个巨大的地震仪 , 从而对行星内部进行探测 。 这是我们第一次能够对一颗气体行星的内部结构进行地震探测 , 结果令人非常震惊 。 ”
对于这种研究 , 科学家们起了一个特殊的名字——kronoseismology(光环地震学) 。
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(图片说明:巨大的土星环)
我们知道 , 土星环是土星最大的特征 。 乍看之下 , 土星环十分巨大 , 但如果仔细看就会发现 , 其实这是由许多个环缝分隔开的多个环组成的整体结构 , 其中最内侧的环 , 被命名为C环 。
关于土星环的形成 , 科学家们提出过许多理论 。 其中一种理论比较广为接受 , 那就是一颗行星闯入土星洛希极限的范围 , 于是被撕碎形成了土星环 。
不过 , 本次研究的科学家们观测后认为 , 土星的C环不太可能是由卫星形成的 , 而是由土星内部结构的振动形成的 。 鉴于这一点 , 他们认为 , C环是研究土星内部振动的一个绝佳观测对象 , 这进而可以帮助我们理解土星的内部结构 。
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(图片说明:土星内部结构对土星环的引力干扰)
就在对C环进行分析的时候 , 研究人员发现:它的振动频率并不符合以往的土星内部模型 , 比理论上要低得多 , 这促使他们重新思考土星的内部结构 。
通过新的分析结果对土星核的约束 , 研究人员重新描述了这颗气体巨星的核心结构 。 以往科学家认为 , 土星核及其外层的结构有着非常明确的分层 , 其中核心处聚集着更重的元素 。 新的研究结果表明:土星核是一种弥散结构 , 体积比想象中大得多 , 因而密度也就更小 , 这意味着土星核的组成物质要比此前认为的铁和镍要轻得多 。
具体来说 , 研究人员认为:土星核的主要组成元素是氢和氦 , 同时还夹杂着冰和岩石 。 整个土星核是向外弥散的 , 研究人员描述说 , 它的核就像是“一团淤泥” 。
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(图片说明:土星)
我们通常形容地球的内部结构 , 像是一个煮鸡蛋 , 外面的蛋壳就是薄薄的地壳 , 中间的蛋清就是地幔 , 最里面的蛋黄就是地核 , 地幔与地核之间界限明确 , 就像蛋黄和蛋清一样 。