土星及其“模糊”核心的示意图。 学分：加州理工学院/R。 伤害（IPAC）
土星在自己的光环中掀起波澜
就像地震使我们的星球发出隆隆声一样，地球内部的振荡 土星 让气体巨星轻轻晃动。 反过来，这些运动会在土星环中引起涟漪。
在该杂志接受的一项新研究中 自然天文学，两位加州理工学院的天文学家分析了这些波纹环，以揭示有关土星核心的新信息。 在他们的研究中，他们使用了由 美国航空航天局“ 卡西尼号，这艘宇宙飞船绕着这颗环状巨星飞行了 13 年，然后它潜入地球大气层并于 2017 年解体。
研究结果表明，这颗行星的核心不是像以前的一些理论所提出的那样是一个坚硬的岩石球，而是冰、岩石和金属流体的扩散汤——或者科学家们所说的“模糊”核心。 分析还显示，核心延伸到行星直径的 60%，这使得它比以前估计的要大得多。
“我们像巨型地震仪一样使用土星环来测量行星内部的振荡，”加州理工学院理论天体物理学助理教授吉姆富勒说。 “这是我们第一次能够对气态巨行星的结构进行地震探测，结果非常令人惊讶。”
“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威廉·E·莱昂哈德矿物物理学教授詹妮弗·杰克逊说，他没有参与这项研究。研究，但使用不同类型的地震观测来了解地核的组成，并可能检测到地球上的地震事件 金星 在未来。
克里斯托弗·曼科维奇。
该研究的主要作者是克里斯托弗·曼科维奇，他是在富勒小组工作的行星科学博士后学者研究助理。
这些发现为土星的模糊核心提供了迄今为止最好的证据，并与美国宇航局朱诺任务的最新证据一致，这表明这颗气态巨行星 木星 也可能具有类似稀释的核心。
“模糊的核心就像污泥，”曼科维奇解释道。 “当你向行星中心移动时，行星中的氢气和氦气会逐渐与越来越多的冰和岩石混合。 这有点像地球海洋的一部分，当你到达越来越深的水平时，咸度会增加，从而形成一个稳定的配置。”
土星的振荡可以在其环中产生波，因此这些环可以用作地震仪来研究土星内部的想法首先出现在 1990 年代初期由 Mark Marley (BS '84) 和 Carolyn Porco (PhD '83 )，后来成为卡西尼成像团队的负责人。 79 年，Matt Hedman 和 PD Nicholson (PhD '2013) 首次观察到这一现象，他们分析了 Cassini 获取的数据。 天文学家发现土星的 C 环包含多个由土星引力场波动驱动的螺旋模式，这些模式与环中由与行星卫星的引力相互作用引起的其他波不同。
现在，曼科维奇和富勒已经分析了环中的波浪模式，以建立土星内部晃动的新模型。
“土星总是在颤抖，但它很微妙，”曼科维奇说。 “这颗行星的表面每隔一到两个小时就会移动大约一米，就像一个缓缓荡漾的湖泊。 就像地震仪一样，环吸收重力干扰，环粒子开始四处摆动，”他说。
吉姆·富勒。
研究人员说，观察到的引力波纹表明，土星的深处虽然作为一个整体在四处晃动，但由较重的物质沉入地球中间并停止与上方较轻的物质混合后形成的稳定层组成。
“为了让行星的引力场以这些特定的频率振荡，内部必须是稳定的，只有当你向行星中心移动时，冰和岩石的比例逐渐增加，这才有可能，”富勒说。
他们的结果还表明，土星的核心是整个地球的 55 倍，其中 17 个地球质量是冰和岩石，其余的是氢和氦的流体。
没有参与当前研究的海德曼说：“克里斯托弗和吉姆能够证明，一个特定的环特征提供了强有力的证据，证明土星的核心是极其分散的。 我很高兴想到土星产生的所有其他环特征可能能够告诉我们关于这颗行星的信息。”
此外，这些发现对目前的气态巨行星形成模型提出了挑战，该模型认为岩芯首先形成，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模糊，那么行星可能会在这个过程的早期加入气体。
参考资料：克里斯托弗·R·曼科维奇（Christopher R. Mankovich）和吉姆·富勒（Jim Fuller）的“环状地震学揭示的土星扩散核心”，16 年 2021 月 XNUMX 日， 自然天文学.
DOI: 10.1038/s41550-021-01448-3
自然天文学 这项名为“环地震学揭示的土星扩散核心”的研究由玫瑰山基金会和斯隆基金会资助。
