图片来源：美国宇航局
六年前，在土星轨道上运行了近 20 年的卡西尼号宇宙飞船以压轴式的结局结束了它的使命，一头扎进了土星大气层的深处。 最后几个轨道和最后的俯冲揭示了有关土星内部的大量信息。 一组天文学家收集了所有可用数据，现在正在绘制太阳系第二大行星内部的肖像。
天文学家就土星的性质提出的关键问题之一是其深层内部和潜在核心的特征。 通过远程观测，我们只能接触到行星的可见表面，这仅占其大气层的最上层。 然而，我们有几种技术可以用来探测地球的深层内部。 首先我们有戒指本身。 构成环的所有数万亿个粒子都对土星的引力做出反应。 内部的不同成分和材料的不同混合物会微妙地改变环状粒子的轨道运动。 通过仔细研究环如何围绕行星运行，我们可以开发土星内部的模型。
最重要的是我们有卡西尼号本身。 当它在最后几个轨道环绕世界时，它收集了大量关于它所经历的引力环境的数据。 最后，在它致命的坠落期间，我们第一次直接测量了土星大气层的上层。
最近，天文学家将所有这些数据汇总在一起，为我们提供了一幅模糊但引人注目的行星内部图景，并作为预印本发布在 arXiv 上。 所有可用的证据表明，该行星的大气层在下至 10,000 公里的深度（大约是整个行星半径的 1/6）的深度进行差异旋转。 这意味着土星赤道附近的大气层比极点附近的大气层移动得更快，这与我们在表面上看到的相符。 然而，在土星深处，差异自转让位于统一的自转速率 10 小时 33 分钟——这是该行星上真正的“白天”长度。
看来土星确实有一个由重元素集中组成的核心。 这个核心的重量大约是地球质量的 12 到 20 倍。 然而，这个核心并不像地球本身那样紧凑，而是慢慢扩散并与包围它的氢和氦大气混合。 这给出了土星半径一半左右某处核心的粗略边界。
天文学家仍然不完全了解土星是如何产生所有热量的。 一种可能的机制是氦气从高层大气中凝结出来并沉入较低的深度，作为将能量从核心转移到高层大气的一种方式，但这尚未得到证实。
这项研究背后的天文学家呼吁未来对土星进行任务，特别是那些旨在穿透高层大气并尽可能深入地球的任务，以便我们可以获得更清晰的图像。
