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                                        科學家揭示土星木星內部驚人差異
                                        2019-01-22 閱讀次數:

                                          利用行星探測器發出的無線電信號天天彩票,研究人員得以穿透隱藏在木星和土星內部的旋渦云。在那里,巨大的壓力將物質轉化為地球上未知的形態。這項由意大利羅馬大學Luciano Iess領導的研究,將美國宇航局(NASA)的兩架探測器(探測土星的“卡西尼”號和探測木星的“朱諾”號)發出的信號用于探測這些氣態巨行星內部深處的引力變化。
                                          研究人員發現,這是一場高風險的比較游戲。去年發表在《自然》雜志的木星研究和上周發表在《科學》雜志的土星研究表明,“這兩顆行星比我們想象的要復雜得多”。瑞士蘇黎世大學行星科學家Ravit Helled說:“這些巨大的行星并非簡單的氫球和氦球天天彩票。”
                                          20世紀80年代,Iess幫助開發了“卡西尼”號的無線電儀器天天彩票,該儀器能夠發出異常清晰的信號,因為它在Ka波段工作,相對來說不受星際等離子體噪音的干擾。通過監測信號的波動,研究小組計劃在該探測器于1997年開始的土星之旅中尋找宇宙引力波天天彩票,并測試廣義相對論。Iess的研究小組在2011年發射的“朱諾”號探測器上也安裝了類似的設備天天彩票,但這次的目標是研究木星內部。
                                          “朱諾”號每隔53天就會近距離掠過木星表面,每次經過木星表面時天天彩票,隱藏在木星內部的引力都會對探測器施加1分鐘的牽引天天彩票,導致其無線電信號產生微小的多普勒頻移。Iess和他的團隊起初認為,由于土星光環的引力影響,測量這些頻移是不可行的。但是這個障礙在10年前消失了,這是因為“卡西尼”號團隊決定結束這項任務,并將探測器送上一系列名為“終場演奏”的軌道。這些軌道位于土星環之下,從而消除了光環的影響天天彩票。因此,Iess和他的同事可以利用無線電波動繪制這兩顆行星的引力場形狀,進而推斷出這兩顆行星內部物質的密度和運動情況。
                                          其中一個目標是探測將氣態巨行星上的云“抽打”成不同水平條帶的強風根源??茖W家認為,這些風要么是像地球上的風那樣的淺層風,要么是非常深的風,它們穿透數萬公里進入行星。在那里,極端的壓力會將電子從氫中剝離出來,使其變成類似金屬的導體。對木星來說,最終的結果是一個謎:時速500公里的風并不淺天天彩票,但它們只到達這顆行星3000公里深處,約為其半徑的4%。而土星則帶來了一個不一樣的謎團:盡管它的體積較小,但它表面的風最高時速達到1800公里天天彩票,深度則是前者的3倍,至少達到9000公里。“每個人都大吃一驚。”Iess說。
                                          科學家認為這兩項發現的原因在于行星的深層磁場。在大約10萬倍于地球大氣的壓力下——遠低于產生金屬氫的壓力天天彩票,氫會部分電離,變成一個半導體天天彩票。這使得磁場可以控制物質的運動,防止其穿過磁場線天天彩票。以色列雷霍沃特市魏茨曼科學研究所行星科學家Yohai Kaspi曾與Iess合作,他說,“磁場凍結了流體”,從而使行星變得堅硬。木星的質量是土星的3倍天天彩票,這就導致了大氣壓力的快速增加——大約是土星的3倍。“這基本上是相同的結果”天天彩票,Kaspi說,但是剛性在較淺的深度就會出現。
                                          “朱諾”號和“卡西尼”號的數據只能提供有關更大深度的微弱線索??茖W家曾經認為,這些氣態巨行星的形成與地球非常相似,它們在從原行星盤吸走氣體之前就已經形成了一個巖石內核天天彩票。這樣一個宏大的過程可能會產生不同的層,包括一個富含重元素的離散核心天天彩票。但是“朱諾”號的測量結果通過模型解釋后表明,木星的核心只有一個模糊的邊界,它的重元素在其半徑的一半以內逐漸減少。德國羅斯托克大學行星科學家Nadine Nettelmann表示,這意味著木星可能從一開始就是由蒸發的巖石和氣體形成的,而不是先形成巖石內核,再加入氣體。
                                          而有關土星的情況仍不明朗。“卡西尼”號的數據顯示天天彩票,其核心質量可能是地球的15到18倍,重元素的濃度可能高于木星,這表明它可能有一個更清晰的邊界。但帕薩迪納市加州理工學院行星科學家、“朱諾”號共同研究者David Stevenson說,這種解釋是暫時的。Iess說,更重要的是,“卡西尼”號受到土星深處某種無法用風解釋的東西的牽引天天彩票。“我們稱之為土星引力的黑暗面。”Stevenson補充說天天彩票,無論是什么原因導致了這種引力,它都是在木星上未曾發現的。“這是一個重大的結果。我想我們還沒想明白。”
                                          加州大學圣克魯茲分校行星科學家Chris Mankovich說,由于“卡西尼”號項目以“終場演奏”而告終(該探測器最終在土星大氣中焚毀殆盡)天天彩票,“短期內不會有更好的測量方法”。但是,盡管這些光環使引力測量變得復雜,它們也提供了一個機會。由于某種未知的原因——也許是風天天彩票,也許是其許多衛星的引力,土星在振動。這些振蕩的引力作用使其光環的形狀扭曲成星系螺旋臂的形狀。其結果是一個振動的可見記錄,就像地震儀上的痕跡天天彩票,科學家可以通過破譯這些記錄探測該行星。Mankovich說,很明顯,其中一些振動到達了土星的內部深處,并且他已經用“環形地震學”估算土星內部的旋轉速度。(趙熙熙)
                                          相關論文信息:DOI:10.1126/science.aaw6993

                                         

                                         

                                        文章來源:中國科學報
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