基于卡西尼探测器旧数据的新发现向某些气体巨行星形成理论发起挑战。

卡西尼探测器拍摄的土星B环，照片呈现了环上出现的密度波。这些密度波可能与土星卫星的系统性扰动有关，但新的研究显示它可能也反映了土星内部不同寻常的结构。NASA / JPL-Caltech / SSI

美丽的土星环不仅仅是美丽而已，它的某个细微举动，正在向我们透露隐藏在土星内部的一个大秘密。

最近一些科学家利用卡西尼探测器留下的旧数据，对发生在土星环上的一种神秘现象进行了研究。卡西尼探测器2013年获得的数据首次发现，出现在土星最内侧的环——D环身上的一种波纹和漩涡，很难只用邻近卫星的引力扰动加以解释。现在科学家对这些神秘的涟漪进行了更加细致的审视，并把它和土星内部的结构联系了起来。结果有了一个惊人的发现。

研究人员发现，土星并没有一个边界明确的内核，它的内核不是固态的，也不是液态的，而是一种岩石、冰和金属特性流体的混合物。而且土星内核的直径占到了土星直径的60%，比人们之前认为的大得多。

土星可能拥有一个没有明确边界的、模糊不清的内核。Caltech

分析结果显示土星内核的质量大约相当于55个地球，其中岩冰混合物的质量大约相当于17个地球，剩下的则基本上是液态的氢和氦。

土星内核的这种特性导致其在运动时土星表面会发生连续的起伏和波动，这样的波动会使土星的引力场发生细微的变化，进而在土星环上形成神秘的波纹。

研究人员解释说，土星的表面因其内核的特性会一直处于震动状态，这种震动每1至2小时就会发生一次，震动发生时土星表面会发生幅度在1米左右的起伏。土星表面就像一个缓慢波动的巨大湖泊，而土星环就像一台能够感知引力变化的地震仪，能够把引力的扰动转化为环中微粒的波动，最终在环上形成可见的波纹。

研究人员还认为，土星环波纹的特征表明，土星内核虽然边界不清，但是可以根据不同的密度分为若干较为稳定的层。较重的物质较靠近土星的中心，且和较靠近表面的较轻物质保持着分离的状态。

研究人员解释说，这是因为行星的引力场若要以特定的频率振荡，其内部必须是稳定的。而就土星而言，这就意味着其内核的岩冰混合物比例必须随深度的增加而增加。这种情况就像地球海洋海水盐度与深度成正比一样，土星内部与氢氦混合在一起的岩冰，其比例也会随深度的增加而增加。

这一发现并非孤例。此前朱诺探测器已经发现木星内部可能也是类似的结构。如果气体巨行星都有类似的结构，那么就有可能会动摇某些巨行星的演化理论，并重塑系外行星研究领域中的某些思路。

根据某些巨行星的演化理论，巨行星是在岩石内核的基础上，通过后期攫取大量气体逐渐形成的。但是如果巨行星的内核并不是人们之前所认为的那样拥有明确的边界，那么就意味着这个理论是错误的。

卡西尼探测器拍摄的土星。NASA / JPL-Caltech / SSI

参考
Saturn Makes Waves in its Own Rings
https://www.caltech.edu/about/news/saturn-makes-waves-in-its-own-rings
A diffuse core in Saturn revealed by ring seismology
https://www.nature.com/articles/s41550-021-01448-3