對于地球和月球這樣的巖石天體，可以通過對地震產(chǎn)生的地震波的研究來探測它們的地層，但是氣態(tài)巨行星卻沒有，所以研究人員不得不采用其他方法，比如研究一顆行星的磁場?？ㄎ髂崽沾l(fā)現(xiàn)土星環(huán)系統(tǒng)有20多個波，是由土星的中心引起的，且能使其像鐘一樣響起。 這些波的特征是由行星的大小，形狀和組成決定的。 它們揭示了土星表面下的大規(guī)模結(jié)構(gòu)，包括那些視覺無法觀測到的結(jié)構(gòu)。

來自土星內(nèi)部的重力波正在環(huán)繞著土星的光環(huán)

（圖解：卡西尼探測器拍攝到的接近夏至時土星北半球的圖像。圖源：美國宇航局/加州理工學院/空間科學研究所）

土星的光環(huán)像鈴鐺一樣在響著，這讓研究人員能通過音波探索這顆星球的內(nèi)部構(gòu)造。重力讓土星內(nèi)部的地震波發(fā)散到土星環(huán)外，美國宇航局的卡西尼號探測器能在那里探測到微小的震動。根據(jù)新的研究發(fā)現(xiàn)，土星內(nèi)有比原先預(yù)期更多的穩(wěn)定分層結(jié)構(gòu)部分。

行星將其內(nèi)部構(gòu)造隱藏在難以穿透的地殼巖層里，雖然像地球和月球這樣的巖石星球可以通過研究地震波來探測其內(nèi)層結(jié)構(gòu)，但氣態(tài)巨行星沒有固體的表面可以測到這類波動，因此，研究人員必須采用其他方法，如研究行星磁場。

（圖解：美國宇航局卡西尼號宇宙飛船2009年9月20日拍攝、2013年12月23日發(fā)布的土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六與其光環(huán)之間的動態(tài)相互作用。在土星光環(huán)內(nèi)的每個位置，粒子都以特定的周期或節(jié)奏運行。這張圖片聚焦于環(huán)中兩個環(huán)相對獨立的位置，在那里，粒子運行節(jié)奏與土衛(wèi)六繞土星16天公轉(zhuǎn)軌道的不同方面保持同步，創(chuàng)造出標志性的效果，從遠處指向土衛(wèi)六。圖源：美國宇航局/加州理工學院/空間科學研究所）

美國宇航局發(fā)射的卡西尼號探測器在2004年抵達土星軌道，不久后，研究人員認識到該行星的光環(huán)在奇怪地振蕩。與現(xiàn)有理論預(yù)測到的波不同的是，探測器發(fā)現(xiàn)了一組小波動信號，其原理類似地球內(nèi)部的重力波。

加州理工學院研究員克里斯托弗·曼科維奇在給《太空》網(wǎng)站的一封電子郵件表示：“重力波的特殊之處在于，它的存在要求天體內(nèi)部至少有一部分相對靜態(tài)穩(wěn)定，而不是對流的狀態(tài)。”

（圖解：卡西尼號探測器模擬示意圖。圖源：網(wǎng)絡(luò)圖片）

在這一研究結(jié)果發(fā)表前，對太陽系巨行星的主流觀念認為，它們內(nèi)部的熱流體像熔巖燈一樣將熱量向外擴散推動。單在較輕的氫和氦下面存在較重的成分，如巖石和水冰，這些會抑制流體運動并產(chǎn)生重力波。以土星為例，這種波會導(dǎo)致行星像鐘聲一樣發(fā)出響聲。

曼科維奇說：“通過環(huán)形地震學探測到土星內(nèi)部的重力波，是目前僅有的一項確鑿證據(jù)，表明土星內(nèi)部有相當一部分是穩(wěn)定的分層結(jié)構(gòu)，而不是對流結(jié)構(gòu)。”

在像地球這樣的巖石行星上，內(nèi)部的震動可以像波一樣穿透行星內(nèi)部和表層傳播。因此，在距離大地震震中數(shù)百英里的地方都可以感覺到地震余波。因此，來自星球內(nèi)的多種波動會產(chǎn)生一種在駐波模式在星球周邊向外發(fā)散。

曼科維奇說：“這意味著整個星球都在像鐘一樣鳴響。”

像鐘一樣，重力波的特征由行星的大小、形狀和組成決定。它們揭示地表下大規(guī)模的結(jié)構(gòu)，包括那些無法通過其他方式探測或接觸到的結(jié)構(gòu)。

這一過程也在土星上發(fā)生，在那里，由微小的巖石和冰組成的環(huán)形帶圍繞土星運行，大部分時間它們平靜有序，偶爾發(fā)生碰撞。幾十年來，科學家們已經(jīng)知道環(huán)形帶的粒子會受到土星82個衛(wèi)星引力的影響。雖然環(huán)震學是20實際90年代初提出的，但知道我們的宇宙飛船環(huán)繞行星運行了一段時間，這一想法才得以實現(xiàn)。

卡西尼號發(fā)現(xiàn)，土星環(huán)也受到行星振蕩引力場的波動影響。該航天器發(fā)現(xiàn)土星環(huán)系統(tǒng)中又20多個波是土星內(nèi)部振蕩造成的。根據(jù)曼科維奇的理論，這種相互作用只發(fā)生在環(huán)中的特殊位置，但結(jié)果可能是“戲劇性的”。這種影響很小，波峰的距離只有一公里左右，而環(huán)形帶跨度接近30萬公里。

曼科維奇說：“這些波只有在非常小的范圍內(nèi)才是明顯的?？ㄎ髂崽柾ㄟ^前往土星，近距離、專門地研究這一系統(tǒng)，使得對這種波的深入研究成為可能。

（圖解：科學家猜測的土星內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，土星的內(nèi)核質(zhì)量大約是地球的 17 倍，里面充滿了氫、氦、冰和巖石的混合物。圖源：網(wǎng)絡(luò)圖片）

了解土星的內(nèi)部發(fā)生了什么是一個持續(xù)的研究過程。根據(jù)曼科維奇的說法，環(huán)形地震學傾向于土星內(nèi)部有一個厚厚的穩(wěn)定區(qū)域，該區(qū)域大約占行星半徑的四分之一。這與從行星磁場收集到的信息有些不一致，磁場說傾向于土星內(nèi)部僅有一個狹窄的、僅占行星半徑的5%到10%的穩(wěn)定區(qū)域。

曼科維奇說，現(xiàn)在對土星內(nèi)部到底是怎樣下論斷還為時過早。但有一種可能性是，產(chǎn)生土星磁場的過程與它的姐妹星球，氣態(tài)巨行星木星相比，差別巨大。

曼科維奇還說：“隨著卡西尼號傳輸回來的數(shù)據(jù)的解析，未來幾年將逐步揭開土星的面紗，這是很神奇的時刻?！彼麤]有對不同理論的差異感到沮喪，反而是很興奮。

（圖解：2006年卡西尼號拍攝的一張土星光環(huán)被太陽照亮的背光合成照片。圖源：美國宇航局）

“這證明了像卡西尼號這樣的探測器意義重大，它讓我們擁有了越來越多的數(shù)據(jù)，其中不同的部分能反映出不同的結(jié)果——這也表現(xiàn)出我們對太空的認知和實際情況的差距，并提供了更多發(fā)現(xiàn)真相的機會?！彼a充說：“科學協(xié)同作用是最好的?！?/p>

BY: Nola Taylor Redd

FY: 君歸心

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