天体物理学家利用土星环解开土星释放能量的谜题

「土星环揭露了隐藏在土星大气深处核心的特性」

土星地核被大量的氢和氦所覆盖

目前一项最新的研究发现，土星的地核并不是许多科学家预想的是岩石或冰所组成，根据研究人员在4月28日发表的研究指出，土星地核是分散的，被大量的氢和氦所覆盖，跨越长度达7万公里，约为地球直径的60%，这些数据将帮助行星科学家更完整地理解，太阳系中里的巨大行星是如何形成的。

为了弄清土星核心的结构，加州理工学院的天文学家克里斯托弗·曼科维奇（Christopher Mankovich）和天体物理学家吉姆·富勒（Jim Fuller）检查了这颗巨大行星的光环，就像地震可以帮助地震学家探测地球内部一样，土星外部的振动可以揭露其内部组成，这些震动会改变土星的引力，在土星环中产生波动——尤其是C环的结构， 它是三个主环中离土星最近的一个，土星环主要是由A环、B环和C环（CrepeRing）三个主要的环所组成。

科学家通过分析土星环中的波，以及现在已经停止运行的卡西尼号宇宙飞船传回的土星重力场数据（卡西尼号是第一艘进入土星轨道的太空船，1997年10月15日发射升空，2004年抵达土星，2017年9月15日为13年的工作任务画下美丽的句点。 ），发现土星核中有大约17块类似地球质量的岩石和冰，但由于土星内部混合了许多的氢和氦，因此它的核心质量高达55个地球的质量甚至占了土星总质量的一半，土星总质量相当于95个地球，而科学家利用「环形地震学」的研究成果将发表在《自然天文学》杂志上。

「这是一种观察太阳系中气态行星的新方法！ 」苏黎世大学的行星科学家拉维特·赫尔德说：「这一知识很重要，因为它反映了我们对巨型系外行星的理解，而其他太阳系的巨型行星可能比许多研究人员认为的更加复杂，这次的发现也说明了土星是如何形成的。 」

土星的中心可以代表土星最古老的部分

一开始较早的理论认为当环绕太阳的岩石和冰开始聚集成砾岩时，就会产生像土星这样的气体巨星，也就是稀薄的气体外壳让额外的固体材料沈积到最中心，形成一个较为紧实的核心。 不过根据这次的研究理论能理解到只有地核才会吸引大量的氢和氦来构成这颗行星的核心，虽然这些元素在地球上是气体，但土星巨大的引力会将它们大多数挤压成流体，在46亿年前岩石和冰形成时，大量的气体被并入了土星的核心，随着该行星增加的质量，气体的比例会逐渐上升，也因为土星的中心可以代表土星最古老的部分，有最大比例的岩石和冰， 而岩石和冰从地核的中心到边缘会逐渐减少，不是突然减少，所以可以推估土星的地核是随时间发展出来的。

土星释放的能量比从太阳上获得的还要多

克里斯托弗·曼科维奇（Christopher Mankovich）和天体物理学家吉姆·富勒（Jim Fuller）在土星内部探测到的震动类型也暗示着土星核心是稳定的，而土星核心的稳定性有助于解释科学界长期存在的谜团：为什么土星释放的能量比它从太阳上获得的还要多？ （它发散至太空中的能量多于自太阳吸收的能量）

在土星形成后随后冷却，然而土星地核的稳定性可能在一定程度上抑制了这种冷却，所以才帮助地球保持了至今仍在辐射的热量，相反地，如果地核通过物质的流动来传递热量，地球就会冷却得更快，而不再释放这么多的热量。

图片来源：CASSINI， JPL-CALTECH/NASA， SPACE SCIENCE INSTITUTE

数据来源：Ken Croswell（2021，MAY 6）. Saturn has a fuzzy core, spread over more than half the planet’s diameter. Sciencenews

本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。