大卫星和矮行星内部结构解析

就物理性质来说，类地行星和卫星及矮行星是相当类似的，矮行星比最大卫星（木卫三、土卫六）还小。从平均密度（因而化学组成）方面来看，谷神星、木卫一和木卫二更像类地行星；而冥王星、阋神星、鸟神星、妊神星和类木行星的其他卫星是以冰为主要成分的类地天体。

建立这些天体内部结构模型中，困难之一是不能确切知道它们的成分及其物态方程。冰物质主要有水、甲烷、氨，但甲烷熔点为89 K、沸点为117 K，氨的熔点和沸点分别为195.8 K和239 K，都比水低。它们的内部温度可能超过300 K，因此，除了外部的幔和壳的有限区之外，甲烷和氨不是其主要的稳定成分，只有水才是其主要的稳定成分。地球上常见的水冰（Ih相）只是水冰的同质多相形态之一，而它们的水冰中又掺有其他成分，使情况复杂。如同类地行星，它们的表面情况也提供对内部结构的某些约束。

1）大卫星的内部结构

木卫一可能有铁和硫化铁（FeS）核（约占木卫一半径的）、部分熔融的硅酸盐幔、很薄的岩石壳，其水冰可能早已蒸发和逃逸，现在表面主要是火山沉积物。木卫二可能有直径为1250 km的金属核，其上面是岩石幔，外部100～150 km是冰壳，冰下面可能是液态水的海洋。木卫三和木卫四含有较多的水冰（甚至占质量的60%以上），但它们表面情况、内部结构和演化程度不同。木卫三的演化程度较大，表面较年轻，外层为冰壳，壳下是冰的上幔，而下幔为硅酸盐，中央是铁核。木卫四的演化程度较小，表面古老，外部为富冰壳，而内部可能是岩冰。一些矮行星和大卫星的内部结构如图6-5所示。

图6-5　一些矮行星和大卫星的内部结构

土星、天王星、海王星的大卫星可能都有岩石核、冰的幔和壳（主要是水冰）。土卫六有岩石核、水冰（也溶有甲烷和氨）的幔和冰壳。天王星的五颗大卫星（天卫一、二、三、四、五）的密度都与土星的冰卫星差不多，它们主要是由冰及岩石（至少占一半）组成的，内部结构也相似，除了天卫五很不确定外，其余四颗卫星都有岩石核、冰（主要是水冰）幔及壳，只是核的大小不同，幔-壳界线不够确定。海卫一的内部结构可能也与土星的冰卫星相似，即有固态岩石核、冰（水冰以及氨和甲烷冰）的“岩浆”幔和水冰壳。火星的卫星可能是岩石的，而外行星的其他卫星可能主要是冰体的。(www.xing528.com)

2）谷神星和冥王星的内部结构

由谷神星观测资料和行星内部结构理论，可以建立它的内部结构模型（见图6-6）。谷神星的扁率符合分异天体，在中心岩石核上面覆盖着冰幔，冰幔上面是薄的多尘外壳。冰幔的厚度为100 km，占其质量的23%～28%、体积的50%，含多达2×108km3的水冰，比地球上的淡水数量还多。由于其表面和历史的一些特性（诸如，它离太阳较远，足以允许结合一些相当低冻结点成分），其内部存在易挥发物，冰尘下面可存在一层残余的液态水。

从冥王星的有关资料出发，可以从理论上计算它的内部结构模型。图6-7是较新的一种冥王星内部结构模型。由于放射性元素衰变的加热，冥王星内部是分异的，形成核、幔、壳结构：岩石质星核的半径约850 km；往外是水冰的幔；外壳为冻结的氮，还含甲烷冰及一氧化碳冰。核-幔界面可能有厚为100～180 km的液态水海洋层。冥卫一（卡戎）或者是整体都由岩石和水冰及少量氨冰混合物组成而无明显分层，或者是有岩石核和冰幔分层。

图6-6　谷神星的内部结构

图6-7　冥王星的内部结构