星核究竟是什么？

星核是许多天体，特别是类地行星和气态巨行星内部结构的核心组成部分，其形成、组成和状态对行星的演化、磁场生成乃至宜居性具有决定性作用，从天体物理学角度看，星核的形成与行星吸积过程直接相关：在太阳系早期，原行星盘中的尘埃颗粒通过碰撞和引力聚集形成星子，进一步吸积成为原行星，当原行星质量达到一定阈值（约10^25千克），内部压力和温度会急剧升高，使物质发生分化——密度较高的铁、镍等金属元素向中心沉降，形成金属核；而硅酸盐等较轻物质则包裹在外层，形成地幔，这一过程被称为“行星分异”,星核正是分异作用的最终产物之一。

对于类地行星（如地球、火星），星核主要由铁镍合金组成，但通常会含有少量硫、碳、氧等轻元素，以地球为例，其半径约为6371公里，其中内核半径约1220公里，主要由固态铁镍构成；外核半径约3480公里，呈液态，内核的固态结构源于极高的压力——即使温度高达约5700摄氏度（与太阳表面温度相当），巨大的压力（约360万个大气压）使铁原子被紧密压缩，形成晶体结构，而外核的液态则为地球磁场的形成提供了关键条件：液态铁镍的对流运动，结合地球自转产生的科里奥利力，驱动了“发电机效应”，生成覆盖全球的磁场，这一磁场能有效偏转太阳风和高能宇宙射线，保护地球大气层和生命免受 stripping 侵蚀,是行星宜居性的重要保障。

气态巨行星（如木星、土星）的星核则更为复杂，由于形成于太阳系更寒冷的区域，它们能够捕获大量氢、氦等轻元素，其星核可能分为两层：内层是类似地球的岩石/冰核（由岩石、金属和冰组成），质量约为地球的10-20倍；外层则是包围星核的金属氢层（在极高压力下，氢原子失去电子，形成导电的流体），木星的星核温度可达2万摄氏度，压力超过4000万个大气压，其金属氢层的对流运动同样产生了强大的磁场，强度是地球磁场的20倍以上，星核的吸积过程还可能影响行星的轨道演化——木星和土星的星核形成后，其巨大引力会快速吸积周围的气体，导致它们成为气态巨行星，而质量较小的火星则因星核形成较慢，气体逃逸严重,最终成为岩石行星。

星核的状态并非一成不变，而是随着行星演化动态变化，地球的内核被认为在约10亿年前才开始形成，随着内核逐渐生长，释放的热能和重力能驱动地幔对流，促进了板块运动和火山活动，对于火星，较小的体积使其内部冷却较快，内核可能已部分凝固，磁场消失，导致大气被太阳风逐渐剥离，从曾经的湿润星球变为今日的荒漠，而在一些系外行星中，如果星核质量过大或轨道靠近恒星，潮汐力可能导致星核加热,甚至引发火山活动或地质构造的剧烈变化。

研究星核的主要手段包括地震波分析（对地球）、实验室高压模拟（如利用金刚石压砧技术重现地核压力条件）、以及行星磁场的数值建模，近年来，通过分析陨石（太阳系早期物质的样本）和探测任务（如“朱诺号”对木星的磁场探测），科学家对星核的组成和演化机制有了更深入的认识，但仍有许多未解之谜，例如地球内核的精确增长速率、火星内核的完全状态等。

相关问答FAQs：

1. 问：星核的温度为什么那么高，但内核却是固态的？
   答：星核的高温主要源于行星形成时的吸积能、放射性元素衰变以及重力分异释放的势能，以地球内核为例，虽然温度高达5700摄氏度，但内核压力超过360万个大气压，巨大的压力使铁原子的电子形成简并态，阻碍了原子自由运动，从而维持固态状态，这种“高温高压下的固态”是极端物理条件下的特殊现象,与常温常压下的物质状态截然不同。

   

2. 问：如果地球内核完全熔化，会对地球产生什么影响？
   答：地球内核目前主要是固态，其部分熔化或完全熔化将对地球系统产生深远影响，内核的固态部分通过结晶过程释放轻元素（如硫、氧），这些轻元素上升进入外核，驱动外核对流，是维持地球磁场的关键，若内核完全熔化，这一过程可能减弱或停止，导致地球磁场大幅削弱甚至消失，使地球失去对太阳风的防护，大气层可能被逐渐剥离，类似火星的命运，内核的固态状态还通过重力耦合影响地球自转速度，其状态变化可能改变一天的长度，并对板块运动的动力源（地幔对流）产生间接影响,引发全球性的地质活动变化。