最新研究发现土星有颗巨大的“汤状”核心 | {$randkws}热点解读 科学家观察土星环中的波纹

科学家观察土星环中的波纹，借此测量土星核心的大小和形状，他们察觉土星核心比我们所想像的青岛网友热议节目录制要更大也更奇怪。 PHOTOGRAPH BY NASA, JPL

土星核心的品质大约是地球的17倍，充满了氢、氦、冰和岩石的混合物。 ILLUSTRATION BY ROBERT HURT, CAL TECH HTTPS://CALTECH.APP.BOX.COM/S/GUXGZ9PFIWJ6ESH73QFKP9R3R7PO66F4 
（神秘的地球uux.cn报导）据美国全国地理（撰文：NADIA DRAKE 编译：邱彦纶）：土星由冰、岩石和气体混合组成的「汤状」核心比预料中巨大，使行星科学家感到惊讶不已。
在号称太阳系丰饶之神的土星内部，隐藏着意想不到的大礼：超过土星直径60%的巨大核心。藉由观测土星环细微波纹而测量到的本周活动出席一览土星核心，似乎是由冰、岩石和气体，混合成有着含混边界、像汤普通的物质。
「它相当巨大。」加州理工学院的克里斯．曼科维奇（Chris Mankovich）说，他在《自然天文学》（Nature Astronomy）期刊上发表了有关土星核心的新近探究， 「这和我们的预期完全各异。」
土星的巨大核心让科学家重新思考这颗有环行星的形成方式，以及土星如何形成奇怪的均匀磁场。 「这比我们想像的要繁琐得多。」并未参与此项探究的约翰霍普金斯大学萨宾．史坦利（Sabine Stanley）强调。
以便认真探究土星的内部结构，科学家们转而观测这颗行星的光环──它就像个地震仪，记录了这颗气态巨行星内部的晃动和脉动。探究团队对土星环中的细微波纹开展解码，察觉土星的核心品质相当于地球的17倍，并且不像预期的那样是个不连续的致密岩石铁块。
「要知晓行星最深处的盘点iPhone排行任何事物真的很难，尤其是巨行星。」史坦利说：「我们所获得的任何资讯，都会改进先前的认识。」
如今科学家必须弄清楚，像土星这样的巨行星假如真有如此混乱的巨大核心，那要如何成熟？让整件事更繁琐的是，这项新近探究所得知的土星内部结构，很难阐释这颗行星是如何形成神秘的磁场。
「想要阐释土星磁场的观测结局相当棘手，由于许多缘由，土星的磁场相当诡异。」曼科维奇说：「这是很不寻常的行星内部结构。」
一窥行星内部
土星最为人所知的，就是围绕着这颗行星管理、闪闪发光的土星环。从远处看起来，土星环像是个完整的环形，但实际上它是由无数冰块组成的──有些像房子一样大，有些比鹅卵石还小，无线耳机体验并且和土星及土星卫星之间的重力交互作用，也会合作、拉动和改变土星环的形状。有些土星卫星会在环中划出缝隙，而有些卫星则会修整土星环的边缘，使它井然有序。
另外，土星环还记录着土星内部的管理情形。通常科学家会运用行星重力场的变动，一窥行星表面下方的情形──但这种技术无法穿透像土星这样的气态巨行星深处。可是，土星环的确提供知晓行星核心深处的窗口。
在1980年代就有行星科学家推测，土星内部的运动或许会在土星的C环形成可观察到的涟漪。 C环隐身在行星附近，既宽且暗。当土星的核心跳动或是内部晃动时，这颗行星会形成脉动。这样的振荡与土星环粒子形成交互作用，造就所谓的螺旋密度波，也就是C环内的涟漪。
曼科维奇说，这所有的想法「都被证明百分之百正确」。但需要二十多年的时间和数十亿美元的太空任务，才得以证实这些预测。
2013年，科学家探究来自美国航太总署（NASA）卡西尼号（Cassini）太空船的资料──这艘太空船在2004年到2017年间环绕土星管理──观测到土星环中的第一个地震特征，并用来推测行星内部的情形。探究团队创造了「土星地震学」（kronoseismology）一词，以刻画这个新兴的探究领域，他们将大若干观察到的土星环涟漪与行星的内部运动互有关联。 2019年，科学家运用土震学技术，确定土星的自转周期为10小时33分。
「在这个领域要耐得住性子。」马克．马利（Mark Marley ）笑着说；他是土星地震学的先锋之一，也担任这项新探究的审查人。 「事实证明，这些波纹都的确存在，大约有二十几个波纹在我们所预测的地方附近呈现。」
但至少还有一个神秘的波纹是马利没有预料到的──也就是是曼科维奇和同样来自加州理工学院的吉姆．傅勒（Jim Fuller）用来一窥土星核情绪形的那个。
「观测结局相当明确地显示，土星一定得要有个渐进式的含混核心，才能阐释这个多出来的波纹和其他所有波纹，」马利强调：「这种特别环波对行星深处的情形相当敏感。」
土星的巨大核心
曼科维奇和傅勒观察土星环上的波纹，察觉土星的核心占了行星的绝大若干。与科学家的预期完全各异，这颗行星的核心是由氢、氦、冰和岩石组成的弥散汤状混合物，而不是由石铁组成的明确核心。假如把土星切成两半，不会目睹像洋葱、变色硬糖或地球内部那样层层分明的结构。而是有着含混界线的核心，潜得愈深，物质就愈稠密。
在土星核心的极端温度和压力下，气体的行为更像是金属流体，而不是一团空气。这团奇异物质的混合物，是种难以在地球评测室复制的组合。曼科维奇强调，当他和傅勒目睹描绘出的土星情形是如此奇怪，也曾试图为土星环中的地震特征找到别的阐释。
「我们奋斗使用不这么阐释。」他说，但这篇新探究中有关土星核心的状况「似乎才能的确诠释资料。」
尽管结局出乎意料，但这样的土星核心模型与科学家从土星所收集到的众多重力资料相当吻合，也和美国航太总署朱诺号（Juno）太空船的察觉相呼应，这强调木星的核心或许以相似的成分混合而成。
但木星没有浓厚的行星环操控系统可以记录内部的推挤情形。 「我们需要炸毁木星的一个小卫星。」马利开玩笑说，这样就能形成一个能够记录木星核心脉搏的行星环。
众多谜团待解
普通来说，我们觉得气体巨行星起源于逐步聚集的小块物质；它会变得愈来愈大，直到原行星的重力拉拢附近的所有气体，但当下仍不清楚这种方式可否制造出像曼科维奇和傅勒观察到的那种核心。
土星的核心或许在形成后的45亿年间发生了转变，慢慢溶解成液态金属氢或是被其他未知的过程改变。 「可是我们还不得知究竟是怎样。」曼科维奇说。
让人惊讶的另一点是依据曼科维奇和傅勒的推论，土星的核心并没有在对流，这强调它不会像预期的那样转移热量──这个观察结局或许阐释了土星在红外线波段异常明亮的缘由。 「木星如今的亮度与我们预期它在形成后45亿年的亮度差不多，但土星太亮了，」马利说：「由于土星的核心没有对流，这会减慢冷却速度，让土星比原本预期的还要更亮。」
但假如核心不对流，那对行星磁场的形成会是个重大考验。通常行星磁场是因行星核心深处旋转对流的导电流体层所形成的发电机效应而形成，但依据这项新近探究，土星内部的状况并非如此，占行星直径60%的核心并没有对流。科学家如今想弄清楚的是，会不会有层薄薄的液态金属氢在核心内或核心外侧流动。
但即使是这样，也很难阐释土星特别的对称磁场，这与地球及木星倾斜、不规则的磁场各异。有种或许性是在磁力线抵达行星表面之前，有层「氦雨」让磁力线变得平滑，但探究人员无法对巨大核心如何作用这种过程提出很好的阐释。
「不能用磁场来阐释很难，也不能用发电机模型，并且这是个巨大的行星。」斯坦利说，他正与曼科维奇和傅勒兴办解开土星磁场之谜。 「这就是科学有趣的地方。」
想回答这些有关土星的难题，需要认真审视卡西尼号太空船所收集到的众多资讯，使用超级计算机详尽模拟行星内部的情形，并运用地面上的望远镜设计评测。前方科学家还可以用这些方法来测试天王星、海王星等其他行星的行星环，揭露或许记录在冰冷粒子中的任何秘密。
「那些行星环之中藏着许多谜团，」马利说：「所以我们想看看那里是否也发生了一样的事情。」