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首次观测到!土星环的涟漪,揭示了气体巨星核心的“模糊”性质

前瞻网    2021-08-17 18:38

就像地震使我们的星球发出隆隆声一样,土星内部的振荡,使这个气体巨行星的摆动非常轻微。这些运动反过来又会在土星环上引起涟漪。

在《自然·天文学》(Nature Astronomy)杂志接受的一项新研究中,两位加州理工学院的天文学家分析了这些波纹环,揭示了土星核心的新信息。在他们的研究中,他们使用了美国宇航局的卡西尼号(Cassini)捕捉到的更旧的数据。卡西尼号航天器在进入土星大气层并于2017年解体之前,围绕土星运行了13年。

首次观测到!土星环的涟漪,揭示了气体巨星核心的“模糊”性质

这些发现表明,这颗行星的核心并不是像以前一些理论所提出的那样是一个坚硬的岩石球,而是由冰、岩石和金属流体组成的“弥散汤”——科学家们称之为“模糊”的核心。分析还显示,地核覆盖了行星直径的60%,这使得它比之前估计的要大得多。

“我们把土星环当作一个巨大的地震仪来测量行星内部的振动,”加州理工学院理论天体物理学助理教授、合著者吉姆·富勒( Jim Fuller)说。“这是我们第一次能够通过地震探测气态巨行星的结构,结果相当令人惊讶。”

“对土星波纹环的详细分析是一种非常优雅的地震学形式,可以推断土星核心的特征,”加州理工学院地震实验室的Jennifer Jackson表示,他没有参与这项研究,但他使用不同类型的地震观测来了解地核的组成,并可能在未来探测到金星上的地震事件。

这项研究的主要作者是克里斯托弗·曼科维奇(Christopher Mankovich),他是富勒小组的一名行星科学博士后学者研究助理。

这些发现为土星模糊的核心提供了最好的证据,并与美国国家航空航天局(NASA)的“朱诺”(Juno)任务最近的证据相一致,这表明气态巨行星木星可能也有类似的稀释的核心。

土星的振荡能兴风作浪的圆环,可能因此被用作地震仪研究土星的内部。2013年,马特·海德曼(Matt Hedman)和P.D. Nicholson分析了卡西尼号所采集的数据,首次观测到了这一现象。天文学家发现,土星的c环包含由土星重力场波动驱动的多个螺旋图案,这些图案不同于土星环中由土星卫星的引力相互作用引起的其他波。

现在,曼科维奇和富勒已经分析了土星环中的波浪模式,建立了土星内部晃动的新模型。

曼科维奇说:“土星总是在震动,但这很微妙。”“这颗行星的表面每一到两个小时移动一米左右,就像一个慢慢泛起涟漪的湖泊。就像地震仪一样,环捕捉到重力扰动,环粒子开始四处摆动。”

研究人员说,观测到的重力涟漪表明,土星内部深处作为一个整体晃动,是由稳定层组成的,这些稳定层是在较重的物质沉入行星中部并停止与上面较轻的物质混合后形成的。

“为了让行星的重力场以这些特定的频率振荡,内部必须是稳定的,而这只有在冰和岩石的比例随着你向行星中心移动而逐渐增加的情况下才有可能。”

他们的结果还表明,土星核心的质量是整个地球的55倍,其中17个地球质量是冰和岩石,其余是氢和氦的流体。

海德曼没有参与目前的研究,他说:“克里斯托弗和吉姆能够表明,一个特殊的环特征提供了土星核心极其分散的有力证据。我很兴奋地想到,土星产生的其他光环特征可能会告诉我们关于这颗行星的信息。”

此外,这些发现也对目前的巨型气体形成模型提出了挑战。目前的模型认为,岩石内核首先形成,然后吸引大量气体。如果行星的核心确实像研究表明的那样是模糊的,那么行星可能会在这个过程中更早地吸收气体。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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