新研究显示土星可能有一个更大的弥散核？防走失

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来源：知识分子
【新研究显示土星可能有一个更大的弥散核？】作者：蔡飏杨

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通过将引力数据与土星环震的观测数据相结合，提供了对土星内部结构的新认知 | 图源：pixabay.com
- 导读 -
行星的核藏着它们是如何形成和演化的秘密。而最近，天文学家们发现土星的核可能占到其半径的60% ，而且还不像地球一样有清晰的界线。这意味着什么？天文学家又是如何研究看不见摸不着的行星核的？
撰文 | 蔡飏杨（亚利桑那大学理论天体物理博士在读）
责编 | 王一苇
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美国东部时间8月16日《自然·天文学》（Nature Astronomy）上发表的一篇论文指出，土星环的震荡更新了人们对于土星内部结构的认知。卡西尼号土星探测器的数据显示，土星有一个缺乏清晰边界的弥漫核，这一发现限制了土星形成和演化的可能方式。[1]
巨行星的内部结构无法直接观测，天文学家们通常需要借助绕其旋转的探测器，再研究其引力场的详细构形来确定结构。然而，行星核（行星最中心部分）对行星引力场造成的扰动十分微弱，这会限制确定其内部结构时所能达到的精度。一般认为，土星这个气态巨行星有一个金属核，核周围有一个主要由氢和氦组成的包层。
上述论文作者、加州理工学院教授 Christopher Mankovich 和 Jim Fuller 研究了土星，通过将引力数据与土星环震的观测数据相结合，更新了人们对土星内部结构的认知。
两位研究者发现，土星核的大小一直延伸至土星半径的约60% ，显著大于之前的估算，并且土星核是由混合了氢、氦的弥漫物质与重金属共同组成，核与包层之间没有清晰的界限。这些信息给土星本身的演化历史提供了新的限制条件。[2]
行星核隐含行星演化历史
太阳系中每一个行星都存在一个核心。除此之外，行星的内部通常是一个明显的分层结构。以我们生活的地球为例，地球的核心分固态内核心和液态外核心，均主要由铁和镍组成。正是液态核心的流动产生了地磁场，保护我们免受宇宙射线辐射。核心外是一层柔软的地幔再包裹上一层坚硬的地幔，而最外面是一层薄薄的地壳。整个地球的内部就像洋葱一样，剥开一层又一层。[3]

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图源：wikipedia.org
对行星内部结构的研究也有助于揭示行星本身的演化历史。
以太阳系为例，早期太阳系就是一个混沌的尘埃盘。在引力作用下尘埃逐渐聚集成团，如滚雪球一般在绕中心的轨道上 “扫荡” ，最后形成原始的行星。

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图源 | ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); C. Brogan, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
大量的引力势能在这样的过程中得到释放，同时太阳系早期也有大量的辐射性元素。这些能量最后都变成了行星的内部热量，让岩石变得柔软甚至于处于液态的熔融状态，这样行星内部的物质就具有了很好的流动性。在引力的作用下，密度低的物质往上浮，密度大的物质往中心下沉。就像你把不同液体混合在一起静置一段时间，最终不同的液体会分开，一种液体占据一层。