地球|“表里不一”的地球：内核自转速率竟快于地表( 二 )

天体“气质”与其内核密切相关
所有行星内核都存在差速旋转机制吗？平劲松介绍，行星的内核主要有3种类型，分别为固体核、液体核以及液体外核与固体内核的组合体。地球的内核归属于第三类，既包括一个巨大的液体外核，又含有一个富含铁镍的固体内核。
固体核与液体核的行星“气质”各不相同。平劲松指出，固体核的行星，其核心的转动与行星整体保持同步。而液体外核，液体或半液体核幔边界的行星，其固体内核或固体核的转动可以与幔不同步。
一个拥有液体内核的行星，极大可能是处于行星形成的早期阶段，其自身的转动有点像一个旋转着的生鸡蛋，转速较快且方向和转速都不稳定；随着能量耗散衰减、分层固化，自转速度逐步减慢和稳定。
那么，恒星的内核又是什么样子的？李刚表示，恒星通常有一个正在核反应燃烧的内核。不过，不同年龄的恒星内核差别也很大。他举例道，太阳这类正值壮年的恒星，有着燃烧氢元素的内核；而年老的恒星，有的内核可能已停止燃烧，但存在一层围绕内核燃烧的包层；有的可能内核被再次点燃，继续燃烧氦元素或者更重的元素；还有的可能最终走向死亡，只留下一个燃烧殆尽、慢慢冷却的内核。
“恒星内核的性质直接决定了恒星的外貌。 ”李刚解释说，相比于太阳，年老的恒星大多温度低但明亮；而已经死亡的恒星，如白矮星和中子星则显得暗淡但温度高。
借助震动波透视天体内核
科学家是如何透过天体表面，探测天体内核旋转方向的？
宋晓东告诉采访人员，一直以来，科学家通过地震波来探测地球内核的多种物理特性。他解释道，地球发生地震之后会产生地震波，地震波会向地球深部传播，研究地震波的传播速度等性质，可以了解地球深部的结构分层及运动状况。
宋晓东及其团队于1996年首次观测到了地震波通过地球内核时的时间和速度产生了变化，从而推测出地球内核是相对于地幔发生旋转的。不过，地球内核的旋转速率目前仍有不确定性，因为旋转速率本身也很可能在变化。
平劲松指出，利用地震波探测天体内部的方法十分普遍， 19世纪科学家就用它对地球分层结构进行了探测；20世纪70年代美国月球探测任务用地震波探测月球的内部分层构造；近年来，欧洲火星探测任务将其用于探测火星的内部构造。
对于恒星，天文学家更难以直接观测到恒星内部的结构，于是他们借助“星震学”来探测恒星内部。
李刚表示，星震学与地震学很类似，都是通过研究天体内部的震动波来推断天体的内部结构，有点像日常生活中我们通过“拍西瓜”来判断瓜熟不熟。但是星震与地震的不同之处在于，星震是持续不断的震动，而地震只是偶然发生。恒星的震动波会局部压缩气体，从而造成恒星温度和亮度的变化。基于这一特性，天文学家通过长时间监测恒星亮度的变化来观测恒星的震动，并测量震动的频率。
恒星震动的频率会因其内部不同物理过程的扰动而有所变化。 “打个比方说，熟西瓜和生西瓜用手拍一拍，听到的声音也不相同。 ”李刚说，天文学家通过高精度的频率测量和细致的物理模型推演，来计算恒星内部旋转速率、元素分布等不同物理特性。
【地球|“表里不一”的地球：内核自转速率竟快于地表】比如对恒星年老后形成的红巨星，天文学家通过分析一些红巨星的震动信号发现，红巨星有着非常强烈的较差自转现象，其内核自转速率一般比表面快数十倍。采访人员唐芳