行星体的结构及特征-天文学教程 上册

一般地说，行星体可分为内部、表层和大气三部分，它们的内部和表层一起构成行星的主要本体部分，相对而言，大气是次要的部分。迄今它们内部的直接探测资料仍然缺乏，但是可以从它们的大小、质量、平均密度（物质组成）、引力场、磁场等资料出发，借助行星内部结构的基本微分方程组来计算其内部结构模型。

1）类地行星的内部结构

地球的内部结构模型可以作为其他类地行星的参考，但它们缺乏地震这样的有利资料，仅能建立某些初步的内部结构模型（见图6-2）。一般来说，类地行星的核可能以铁镍成分为主，含有一定量的较轻元素（硅、硫、氧），至少过去熔融过，现在呈固态。它们的幔主要由硅酸盐组成，在上层的压力下可能部分熔融过，现在基本呈固态，可能具有某种程度的塑性对流。幔之上是硅酸盐的固态壳，显示不同程度的地质特征。

图6-2　类地行星的内部结构模型

水星的平均密度大，由70%金属和30%硅酸盐组成。富金属（主要是铁）星核半径为1800 km，硅酸盐幔的厚度约为600 km，外壳的厚度为100～300 km。

金星的质量、半径、平均密度与地球相似，内部结构也相似，但也有些差别。有估计金星的铁核占总质量的24.6%、幔的厚度为3208 km、壳厚度约为16 km的；也有估计铁核占28%及不同的幔、壳厚度的。从近年新的金星地质资料，估计壳厚度为25～40 km，各区域的壳厚度不均匀，有的地方甚至达50～60 km。

火星的平均密度较小，有两种典型的火星内部结构模型：一种认为有较大的Fe-FeS核，另一种认为有较小的Fe-Ni核，前者的半径要大500 km，两种模型的幔厚度也不同；但由表面地质推断壳厚度约为30 km，而由火星地震资料推算其岩石圈厚度应大于150 km。

2）外行星的内部结构(www.xing528.com)

建立木星和土星的内部结构模型有些困难。它们的平均密度小，主要成分是氢和氦，需相应于行星内部高温、高压情况的物态（密度-压力-温度关系）方程；它们自转快而呈椭球形，常采用等效球半径，应计及惯性离心力；没有它的地质资料。因此，研究者只能从有限资料来计算它们的内部结构模型。各研究者得到不同结果，一般来说，它们内部分为三个圈层（见图6-3）：中央是岩石或者还有冰物质的固态岩（冰）核，中间层是高压下呈液态金属相的氢（及氦），而外层是液态分子氢和氦，逐渐过渡到大气。下面作为例子，仅列出一种模型的结果。

木星核的半径约为0.15RJ（RJ为木星半径），占木星总质量的5%～15%，中心密度约为20 g／cm3，中心温度约为25000 K，中心压力约为几十兆巴（Mbar）；中间层的外半径为0.76RJ。

图6-3　巨行星的内部结构模型

土星核的半径为土星半径的0.27倍，约占总质量的21%，中心密度约为15 g／cm3，中心温度约为20000 K，中心压力约为50 Mbar；中间层的外半径为土星半径的0.46倍。

天王星和海王星的平均密度较小，说明含较多冰物质（水冰以及氨和甲烷冰），各研究者得到结果有很大差别。一般说，它们有岩石-金属核、冰的中间层和液态的氢-氦外层。

天王星约有15%的氢氦、60%的冰物质、25%的岩石和金属物质。天王星核的半径为6500 km、质量约为地球质量的3.5倍，中心温度和压力分别为7000℃和1.7亿巴；冰的中间层厚约为8000 km，其温度为2500℃以上；外层主要是液态的分子氢和氦，可能还有甲烷和氨，向外逐渐过渡到气态分子氢和氦的大气。

海王星核的半径为8000 km，其质量约为地球质量的1.4倍，中心温度和压力分别为7000℃和22 Mbar；冰的中间层厚度约为10000 km，占总质量的；外层由液态分子氢和氦及甲烷等组成，占总质量的6%，厚度约为6500 km。