气态巨行星的核心是什么？

气态巨行星分别是木星和土星，它们的内部核心可能包括岩石和冰。核心外围可能是被金属液态氢或少许氦包围着，具体详细的成分依旧未知。

气态巨行星简述

首先我们需要了解下气态巨行星，木星和土星都属于气态巨行星，因为其表面特征基本为气态的氢和氦，又由于其体积巨大，所以把它们归纳到气态巨行星中。气体巨行星有时也被称为失效的恒星，因为它们含有与恒星相同的基本元素。它们被认为最外层是由分子氢组成的，分子氢围绕着内部的液态金属氢层，最里面的是可能具有熔融的岩石核心。它们的最外层氢气的特征是许多可见的云层，这些云主要由水和氨组成。金属氢层构成了每个行星的大部分地区，之所以被称为“金属”，因为非常大的压力将氢变成了一个导电体。人们认为，这些气体巨行星的核心区域，在如此高的温度(20000K)和压力下，只可能是由较重的元素组成的，因此它们的性质是未知的。

木星的内部结构

木星被认为是由具有混合元素的致密核心、并带有一些氦的液态金属氢的周围层以及主要由分子氢构成的外层组成。因为木星的巨大以及环境的恶劣，所以我们无法得知其内部的详细成分。但是多少知道，其内部应该是具有岩石特性的核心。在1997年，通过重力测量证明了其核心是存在的，并得出了其质量是地球的12-45倍，或者说大约是木星总质量的4%-14%。木星至少在部分的历史年代时期存在着一颗核心，这是由行星形成模型模拟出来的，行星形成模型要求木星必须有个岩石或冰芯的核心，利用其质量才能足以从原太阳星云中收集大量的氢和氦。假设核心确实存在，它可能已经收缩了，因为热液态金属氢与熔融核混合的对流电流，会将其含量带到行星内部较高的层次。这个核心现在有可能完全不存在了，因为重力测量还不够精确，无法完全排除这种可能性。

核心区域是被致密的金属氢所包围的，金属氢向外延伸到行星半径的大约78%之处。雨滴状的氦和氖通过该层向下沉淀，耗尽了上层大气中这些元素的丰度。在金属氢层的上方有一个透明的氢内部层。在这个深度，压力和温度高于氢气的临界压力值：1.2858 MPa，临界温度仅为32.938 K。由于开尔文-亥姆霍兹机制，所以木星内部的温度和压力会朝向核心部分稳步的上升。

土星的内部结构

土星尽管主要由氢和氦组成，但是土星的大部分质量并不在气相中，因为当密度大于0.01g/cm3时，氢会变成非理想的液体。土星内部的温度、压力和密度都向核心稳定地上升，这使得氢气在深层中变成了金属的性质。

标准的行星模型表明，土星内部与木星相似，有一个小的岩石核心，周围包裹着的是氢和氦，并有微量的各种挥发物。该核心的组成与地球相似，但更稠密。对土星重力矩的观测，并结合物理内部模型表明，可以对土星核心的质量施加限制。在2004年，科学家估计土星核的质量必须是地球的9-22倍，相当于直径约2500千米。核心被较厚的液态金属氢层包围着，向外一层是氦饱和分子氢的液体层，随着高度的增加逐渐转变成气体。最外层的范围约1000公里，由气体组成。

土星内部很热，核心温度可以达到11700℃，向太空辐射的能量比从太阳接收的能量还要高出2.5倍。土星内部的热能并不像木星那样，木星的核心热能是由开尔文-赫姆霍兹慢速重力压缩机制产生的，但是这种过程本身可能不足以解释土星的热能产生，因为它的质量较小。土星内部产生的热能，可能是另一种或另外的机制导致的，或许是通过土星内部深处的氦“雨滴”摩擦产生的热量。当液滴通过低密度氢气下降时，这个过程通过摩擦释放热量，并消耗土星的外层氦气。这些下降的液滴可能已经积聚成围绕核心的氦壳。

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