对于地球和月球这样的岩石天体，可以通过对地震产生的地震波的研究来探测它们的地层，但是气态巨行星却没有，所以研究人员不得不采用其他方法，比如研究一颗行星的磁场。卡西尼太空船发现土星环系统有20多个波，是由土星的中心引起的，且能使其像钟一样响起。 这些波的特征是由行星的大小，形状和组成决定的。 它们揭示了土星表面下的大规模结构，包括那些视觉无法观测到的结构。

来自土星内部的重力波正在环绕着土星的光环

（图解：卡西尼探测器拍摄到的接近夏至时土星北半球的图像。图源：美国宇航局/加州理工学院/空间科学研究所）

土星的光环像铃铛一样在响着，这让研究人员能通过音波探索这颗星球的内部构造。重力让土星内部的地震波发散到土星环外，美国宇航局的卡西尼号探测器能在那里探测到微小的震动。根据新的研究发现，土星内有比原先预期更多的稳定分层结构部分。

行星将其内部构造隐藏在难以穿透的地壳岩层里，虽然像地球和月球这样的岩石星球可以通过研究地震波来探测其内层结构，但气态巨行星没有固体的表面可以测到这类波动，因此，研究人员必须采用其他方法，如研究行星磁场。

（图解：美国宇航局卡西尼号宇宙飞船2009年9月20日拍摄、2013年12月23日发布的土星最大的卫星土卫六与其光环之间的动态相互作用。在土星光环内的每个位置，粒子都以特定的周期或节奏运行。这张图片聚焦于环中两个环相对独立的位置，在那里，粒子运行节奏与土卫六绕土星16天公转轨道的不同方面保持同步，创造出标志性的效果，从远处指向土卫六。图源：美国宇航局/加州理工学院/空间科学研究所）

美国宇航局发射的卡西尼号探测器在2004年抵达土星轨道，不久后，研究人员认识到该行星的光环在奇怪地振荡。与现有理论预测到的波不同的是，探测器发现了一组小波动信号，其原理类似地球内部的重力波。

加州理工学院研究员克里斯托弗·曼科维奇在给《太空》网站的一封电子邮件表示：“重力波的特殊之处在于，它的存在要求天体内部至少有一部分相对静态稳定，而不是对流的状态。”

（图解：卡西尼号探测器模拟示意图。图源：网络图片）

在这一研究结果发表前，对太阳系巨行星的主流观念认为，它们内部的热流体像熔岩灯一样将热量向外扩散推动。单在较轻的氢和氦下面存在较重的成分，如岩石和水冰，这些会抑制流体运动并产生重力波。以土星为例，这种波会导致行星像钟声一样发出响声。

曼科维奇说：“通过环形地震学探测到土星内部的重力波，是目前仅有的一项确凿证据，表明土星内部有相当一部分是稳定的分层结构，而不是对流结构。”

在像地球这样的岩石行星上，内部的震动可以像波一样穿透行星内部和表层传播。因此，在距离大地震震中数百英里的地方都可以感觉到地震余波。因此，来自星球内的多种波动会产生一种在驻波模式在星球周边向外发散。

曼科维奇说：“这意味着整个星球都在像钟一样鸣响。”

像钟一样，重力波的特征由行星的大小、形状和组成决定。它们揭示地表下大规模的结构，包括那些无法通过其他方式探测或接触到的结构。

这一过程也在土星上发生，在那里，由微小的岩石和冰组成的环形带围绕土星运行，大部分时间它们平静有序，偶尔发生碰撞。几十年来，科学家们已经知道环形带的粒子会受到土星82个卫星引力的影响。虽然环震学是20实际90年代初提出的，但知道我们的宇宙飞船环绕行星运行了一段时间，这一想法才得以实现。

卡西尼号发现，土星环也受到行星振荡引力场的波动影响。该航天器发现土星环系统中又20多个波是土星内部振荡造成的。根据曼科维奇的理论，这种相互作用只发生在环中的特殊位置，但结果可能是“戏剧性的”。这种影响很小，波峰的距离只有一公里左右，而环形带跨度接近30万公里。

曼科维奇说：“这些波只有在非常小的范围内才是明显的。卡西尼号通过前往土星，近距离、专门地研究这一系统，使得对这种波的深入研究成为可能。

（图解：科学家猜测的土星内部结构图，土星的内核质量大约是地球的 17 倍，里面充满了氢、氦、冰和岩石的混合物。图源：网络图片）

了解土星的内部发生了什么是一个持续的研究过程。根据曼科维奇的说法，环形地震学倾向于土星内部有一个厚厚的稳定区域，该区域大约占行星半径的四分之一。这与从行星磁场收集到的信息有些不一致，磁场说倾向于土星内部仅有一个狭窄的、仅占行星半径的5%到10%的稳定区域。

曼科维奇说，现在对土星内部到底是怎样下论断还为时过早。但有一种可能性是，产生土星磁场的过程与它的姐妹星球，气态巨行星木星相比，差别巨大。

曼科维奇还说：“随着卡西尼号传输回来的数据的解析，未来几年将逐步揭开土星的面纱，这是很神奇的时刻。”他没有对不同理论的差异感到沮丧，反而是很兴奋。

（图解：2006年卡西尼号拍摄的一张土星光环被太阳照亮的背光合成照片。图源：美国宇航局）

“这证明了像卡西尼号这样的探测器意义重大，它让我们拥有了越来越多的数据，其中不同的部分能反映出不同的结果——这也表现出我们对太空的认知和实际情况的差距，并提供了更多发现真相的机会。”他补充说：“科学协同作用是最好的。”

BY: Nola Taylor Redd

FY: 君归心

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