具有不同物态方程的土星分层结构与均匀演化模型

土星的核心质量通常被假定为 10-25 $M_E$，这是基于各种物态方程 (EOSs) 和 Voyager 重力数据的内部模型预测结果，因此大于木星的核心质量 (0-10 $M_E$)。我们在此利用来自 Cassini 任务的最新重力数据和不同的物理物态方程，重新分析了土星的内部结构和演化：包括在土星外部区域较软但在高压下较硬的从头计算 LM-REOS，表现出相反行为的标准 Sesame-EOS，以及常用的 SCvH-i EOS。对于所有三种 EOS，我们发现相似的核心质量范围，即 SCvH-i 和 Sesame EOS 为 0-20 $M_E$，LM-REOS 为 0-17 $M_E$。假设大气氦质量丰度为 18%，我们发现基于 SCvH-i 和 Sesame 的模型的最大大气金属丰度 $Z_{atm}$ 为太阳值的 7 倍，重元素总质量 $M_Z$ 为 25-30 $M_E$。部分模型具有类木星特征。使用 LM-REOS，我们发现 $M_Z$=16-20 $M_E$，小于木星，且 $Z_{atm}$ 小于太阳值的 3 倍。对于土星，我们计算出转动惯量值 $\lambda$=0.2355(5)。此外，我们确认均匀演化导致的冷却时间仅为约 2.5 Gyr，与所应用的 EOS 无关。我们的结果表明，为了更好地理解土星的结构和演化，需要精确测量大气中的氦和氧丰度以及转动惯量。