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，不需要靠近某颗行星，就能推测其内部结构是怎样的。前不久，我们刚刚介绍天文学家推测出火星的核心结构，最近，另外一批科学家取得了另一项成就，对更加遥远的行星——土星进行了研究，取得了对其内核的最新理解。

土星是距离太阳第6远的行星，和地球的距离超过了10亿公里。当然了，对于一颗行星内部结构了解的难度，绝不仅仅在于距离。即使是我们脚下的地球，其内部结构到底是怎么样的，也仍然充满了未知。

（图片说明：此前认为的土星内部结构）

当然了，对于地球或者火星这样的岩石行星来说，了解其内部结构有一种手段非常关键而且有效，那就是地震波。地震的时候，内部的地震波会向地表传播，传播过程中经过不同类型的内部结构，就会发生不同的变化，这就是科学家们借机研究地球内部结构的重要手段。

甚至对于恒星的内部结构，科学家们也能找到研究的方法。其内部的波动会以亮度的形式表现出来，从而被我们探测。

但是对于木星、土星这样的气体行星来说，除了距离遥远导致的探测器数量比较少之外，也无法利用地震波的形式进行内部结构的探测。同时它们本身又不会发光，这就让科学家感到很棘手了。

（图片说明：木星和土星）

好在，科学家们非常聪明，他们总是能够找到各种各样的方法，完成那些在普通人看来几乎无法实现的科学探测，解答那些科学谜题。

最近，加州理工学院的科学家们，利用土星外围巨大的土星环，实现了对其行星核的分析。

有意思了，为什么土星外部的结构，反而能够帮助人类理解其内部的核心呢？

实际上，他们利用的原理还是类似于岩石行星的地震波。加州理工学院天体物理学家Jim Fuller解释说：“我们将土星环等效成了一个巨大的地震仪，从而对行星内部进行探测。这是我们第一次能够对一颗气体行星的内部结构进行地震探测，结果令人非常震惊。”

对于这种研究，科学家们起了一个特殊的名字——kronoseismology（光环地震学）。

（图片说明：巨大的土星环）

我们知道，土星环是土星最大的特征。乍看之下，土星环十分巨大，但如果仔细看就会发现，其实这是由许多个环缝分隔开的多个环组成的整体结构，其中最内侧的环，被命名为C环。

关于土星环的形成，科学家们提出过许多理论。其中一种理论比较广为接受，那就是一颗行星闯入土星洛希极限的范围，于是被撕碎形成了土星环。

不过，本次研究的科学家们观测后认为，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。鉴于这一点，他们认为，C环是研究土星内部振动的一个绝佳观测对象，这进而可以帮助我们理解土星的内部结构。

（图片说明：土星内部结构对土星环的引力干扰）

就在对C环进行分析的时候，研究人员发现：它的振动频率并不符合以往的土星内部模型，比理论上要低得多，这促使他们重新思考土星的内部结构。

通过新的分析结果对土星核的约束，研究人员重新描述了这颗气体巨星的核心结构。以往科学家认为，土星核及其外层的结构有着非常明确的分层，其中核心处聚集着更重的元素。新的研究结果表明：土星核是一种弥散结构，体积比想象中大得多，因而密度也就更小，这意味着土星核的组成物质要比此前认为的铁和镍要轻得多。

具体来说，研究人员认为：土星核的主要组成元素是氢和氦，同时还夹杂着冰和岩石。整个土星核是向外弥散的，研究人员描述说，它的核就像是“一团淤泥”。

（图片说明：土星）

我们通常形容地球的内部结构，像是一个煮鸡蛋，外面的蛋壳就是薄薄的地壳，中间的蛋清就是地幔，最里面的蛋黄就是地核，地幔与地核之间界限明确，就像蛋黄和蛋清一样。

科学家以前认为土星的内部结构也是这样的，不过根据这次研究的结果，它更像是散了黄的鸡蛋：最内侧是蛋黄，蛋黄以外是蛋黄和蛋清的混合物，并且越往外蛋黄的比例越低，再往外就全是蛋清了。

从数据上来讲，土星核的范围从最中心处一直延伸到60%土星半径，也就是说，土星核的半径大约是3.6万公里——这也差不多是地球的6倍了！其质量也非常巨大，大约是地球的55倍，其中冰和岩石的质量是地球的17倍，也就是占到了整个土星核的1/3左右。

（图片说明：新的土星内部结构模型）

除了这些惊人的数字之外，更关键的问题在于：土星的这种内部结构，对于以往的行星形成模型来说是一个新的挑战。

科学家们认为，在一个原始星云中，一些微粒会在静电力的作用下结合，导致引力的失衡。结合的微粒会具有相对较强的引力，将更多碎片吸收到自己周围，于是引力越来越强，吸引越来越多的物质，最终形成行星。

按照这个理论，像木星、土星这样的气体巨星在形成过程中，比较重的物质会逐渐向下沉，相对较轻的物质会浮到上面来。此前之所以大家都认为土星内部结构分层像地球一样明确，也是有根据的。

那么，如果土星是以这种模式形成的，它的行星核又为何会形成今天这样的弥散结构呢？

研究团队推测，或许是土星内部发生了对流，导致了这样的结构。不过，目前来说一切还都是推测，研究团队希望继续对其他的土星环进行观测，更好地了解土星内部结构。