天體物理學家利用土星環揭開土星核心的構造!終於可以解開土星釋放能量的謎題

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「土星環揭露了隱藏在土星大氣深處核心的特性」

土星地核被大量的氫和氦所覆蓋

目前一項最新的研究發現,土星的地核並不是許多科學家預想的是岩石或冰所組成,根據研究人員在4月28日發表的研究指出,土星地核是分散的,被大量的氫和氦所覆蓋,跨越長度達7萬公里,約為地球直徑的60%,這些數據將幫助行星科學家更完整地理解,太陽系中裡的巨大行星是如何形成的。

為了弄清土星核心的結構,加州理工學院的天文學家克里斯托弗·曼科維奇(Christopher Mankovich)和天體物理學家吉姆·富勒(Jim Fuller)檢查了這顆巨大行星的光環,就像地震可以幫助地震學家探測地球內部一樣,土星外部的振動可以揭露其內部組成,這些震動會改變土星的引力,在土星環中產生波動——尤其是C環的結構,它是三個主環中離土星最近的一個,土星環主要是由A環、B環和C環(CrepeRing)三個主要的環所組成。

科學家通過分析土星環中的波,以及現在已經停止運行的卡西尼號宇宙飛船傳回的土星重力場數據(卡西尼號是第一艘進入土星軌道的太空船,1997年10月15日發射升空,2004年抵達土星,2017年9月15日為13年的工作任務畫下美麗的句點。),發現土星核中有大約17塊類似地球質量的岩石和冰,但由於土星內部混合了許多的氫和氦,因此它的核心質量高達55個地球的質量甚至佔了土星總質量的一半,土星總質量相當於95個地球,而科學家利用「環形地震學」的研究成果將發表在《自然天文學》雜誌上。

「這是一種觀察太陽系中氣態行星的新方法!」蘇黎世大學的行星科學家拉維特·赫爾德說:「這一知識很重要,因為它反映了我們對巨型系外行星的理解,而其他太陽系的巨型行星可能比許多研究人員認為的更加複雜,這次的發現也說明了土星是如何形成的。」

土星的中心可以代表土星最古老的部分

一開始較早的理論認為當環繞太陽的岩石和冰開始聚集成礫岩時,就會產生像土星這樣的氣體巨星,也就是稀薄的氣體外殼讓額外的固體材料沈積到最中心,形成一個較為緊實的核心。不過根據這次的研究理論能理解到只有地核才會吸引大量的氫和氦來構成這顆行星的核心,雖然這些元素在地球上是氣體,但土星巨大的引力會將它們大多數擠壓成流體,在46億年前岩石和冰形成時,大量的氣體被併入了土星的核心,隨著該行星增加的質量,氣體的比例會逐漸上升,也因為土星的中心可以代表土星最古老的部分,有最大比例的岩石和冰,而岩石和冰從地核的中心到邊緣會逐漸減少,不是突然減少,所以可以推估土星的地核是隨時間發展出來的。

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土星釋放的能量比從太陽上獲得的還要多

克里斯托弗·曼科維奇(Christopher Mankovich)和天體物理學家吉姆·富勒(Jim Fuller)在土星內部探測到的震動類型也暗示著土星核心是穩定的,而土星核心的穩定性有助於解釋科學界長期存在的謎團:為什麼土星釋放的能量比它從太陽上獲得的還要多?(它發散至太空中的能量多於自太陽吸收的能量)

在土星形成後隨後冷卻,然而土星地核的穩定性可能在一定程度上抑制了這種冷卻,所以才幫助地球保持了至今仍在輻射的熱量,相反地,如果地核通過物質的流動來傳遞熱量,地球就會冷卻得更快,而不再釋放這麼多的熱量。

圖片來源:CASSINI, JPL-CALTECH/NASA, SPACE SCIENCE INSTITUTE

資料來源:Ken Croswell(2021,MAY 6).Saturn has a fuzzy core, spread over more than half the planet’s diameter. Sciencenews

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