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。他们不需要靠近某个星球来推测它的内部结构。前不久，我们刚刚介绍了天文学家推导出火星的核心结构。近日，另一组科学家再创佳绩，研究了更遥远的行星——土星，获得了对其核心的最新认识。

土星是距离太阳第六远的行星，与地球的距离超过10亿公里。当然，了解行星内部结构的难度不仅仅在于距离。就连我们脚下的地球，它的内部构造究竟如何，依然充满着未知。

当然，对于地球或火星这样的岩石行星，有一个非常关键和有效的方法来了解它的内部结构，那就是地震波。在地震期间，内部地震波将传播到地表。在繁殖过程中，不同类型的内部结构会发生不同的变化。这是科学家借机研究地球内部结构的重要手段。

科学家甚至可以找到研究恒星内部结构的方法。它内部的波动会以亮度的形式表现出来，是我们可以察觉到的。

但像木星、土星这样的气态行星，除了距离远导致探测器数量相对较少外，也无法以地震波的形式探测到内部结构。同时，它们本身并不发光，这让科学家们感到很棘手。

好在科学家们很聪明。他们总能找到各种方法来完成那些常人几乎不可能回答的科学探索。科学难题。

近日，美国加州理工学院的科学家利用土星周围巨大的土星环，实现了对其行星核心的解析。

有意思，为什么土星的外部结构可以帮助人类了解它的内核？

其实他们使用的原理类似于岩石行星的地震波。加州理工学院天体物理学家吉姆富勒解释说：“我们已经将土星环等同于一个巨大的地震仪来探测行星的内部。这是我们第一次能够研究气态行星的内部结构。地震探测，结果非常令人震惊。”

对于这种研究，科学家们有一个专门的名字——kronoseismology（环震学）。

我们知道，土星环是土星最大的特征。乍看之下，土星的光环很大，但仔细观察就会发现，它们其实是一个整体结构，由多个环之间被许多环缝隔开，最里面的环被称为C环。

科学家对土星环的形成提出了许多理论。一个被更广泛接受的理论是，一颗行星闯入土星的洛氏极限并被撕裂形成土星环。

不过，这项研究的科学家们认为，经过观察，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。鉴于此，他们认为C环是研究土星内部振动的绝佳观测对象，进而可以帮助我们了解土星的内部结构。

在分析C环时，研究人员发现其振动频率不符合之前土星的内部模型。低得多，促使他们重新考虑土星的内部。

通过从新分析中限制土星的核心，研究人员重新描述了这颗气态巨行星的核心结构。此前，科学家们认为土星的核心和外层结构层次分明，重元素集中在核心。新的研究结果表明，土星的核心是一个弥散结构，体积比想象的大得多，因此密度更小，这意味着土星核心的成分比之前认为的铁和镍要轻得多。

具体而言，研究人员认为土星核心的主要成分是氢和氦，其中混杂着冰和岩石。土星的整个核心向外扩散，研究人员将其核心描述为“一团淤泥”。

我们通常形容地球的内部结构，就像一个煮鸡蛋，最外面的壳是薄壳，中间的蛋清是地幔，最里面的蛋黄是核心。地幔和地核之间的界限就像鸡蛋的蛋黄和蛋清一样清晰。

以前科学家们认为土星的内部结构也是这样的，但根据这项研究的结果，它更像是一个蛋黄松散的鸡蛋：最里面是蛋黄，外面是蛋黄是蛋黄和蛋清的混合物，最外面的蛋黄比例越低，越是蛋清。

从数据来看，土星核心的范围从中心一直延伸到土星半径的60%，也就是说，土星核心的半径约为36000公里——几乎是地球的6倍！它的质量也很大，大约是地球的55倍，其中冰和岩石的质量是地球的17倍，约占整个土星核心的1/3。

除了这些惊人的数字，更关键的问题是：土星的这个内部结构对以往的行星形成模型来说是全新的挑战。

科学家认为，在原始星云中，一些粒子会在静电力的作用下结合，造成引力不平衡。结合在一起的粒子会产生比较强的引力，吸引自己周围更多的碎片，于是引力越来越强，吸引越来越多的物质，最后形成行星。

按照这个理论，在木星和土星这样的气态巨行星的形成过程中，较重的物质会逐渐下沉，相对较轻的物质会浮到顶部。之所以大家认为土星的内部结构和地球一样清晰，也是有根据的。

那么，如果土星是这样形成的，为什么它的行星核心会形成今天这样的弥漫结构呢？

研究团队推测，或许是土星内部发生了对流，才导致了这样的结构。不过，目前一切都还只是猜测，研究团队希望继续观察其他土星环，以更好地了解土星的内部结构。