我們生存的這個藍色星球有多重？可通過中微子測量

來自西班牙微粒子物理研究所的研究團隊想出了一個巧妙的方法，通過中微子來探索地球的質量分布。

　　新浪科技訊 北京時間11月11日消息，儘管我們已經突破了大氣層，可以從太空中俯瞰地球，但我們仍然不知道這個藍色星球到底有多重，以及它的重量是如何分布的。

　　當然，研究者已經做了一些儘可能準確的估計。根據加州理工學院的數據，地球在一個類似地球的重力場中，其重量為5.974×10^24千克。不過，這個數字來自基於地球重力的間接計算方法。科學家還嘗試過用地震波來計算地球質量的分布，但結果並不十分精確。

　　於是，來自西班牙微粒子物理研究所（Instituto de Física Corpuscular）的研究團隊想出了一個巧妙的方法，通過宇宙中一種神秘的粒子來探索地球的質量分布。這種極輕的宇宙粒子便是中微子，需要用特殊的探測器才能捕捉到它們的蹤跡。

　　在發表於11月5日《自然-物理學》（Nature Physics）雜誌的論文中，研究人員採用南極洲冰立方中微子觀測站（IceCube）的數據，對地球的密度分布進行了估算。冰立方可以感知到來自各個方向的中微子，包括那些穿過整個地球的中微子。

　　中微子是一種電中性的基本粒子，質量相比其他亞原子粒子而言非常微小。在4種基本作用力中，它們不參與電磁相互作用和強相互作用，只參與弱相互作用和引力相互作用。由於弱相互作用的作用距離非常短，而引力相互作用在亞原子尺度下十分微弱，因此中微子在穿過一般物質時不會受到太多阻礙，而且非常難以檢測到。在穿過像地球這樣巨大、密集的物體時，一些中微子最終會與其他物質碰撞並消失。特別是高能中微子，它們經常與其他物質碰撞，很少能穿過地球。

　　利用IceCube採集的穿過地球的中微子數據，研究人員進行了逆向計算，估計出有多少中微子未能穿過地球到達IceCube。由此，他們對阻擋這些中微子的物質質量，以及這些質量的分布進行了較為準確的估算。從某種程度上，他們是通過研究中微子的影子計算出了地球的質量。

　　從結果對比來看，這種方法應該是可行的。研究人員估算的結果是，地球重量約為6×10^24千克，與加州理工學院的估算結果差不多。他們還測量了地核的質量，約為2.72×10^24千克，相當於地球總質量的45%，顯著高於地震波方法測量的結果，後者估計地核質量佔地球總質量的33%。

　　在《自然-物理學》雜誌上一篇隨附的新聞觀點文章中，巴黎第七大學天文學和宇宙學實驗室的天體物理學家Véronique Van Elewyck表示，這項研究是很好的「概念證明」。Van Elewyck並未參與該研究，她指出，再過10年到15年，研究者將很可能會使用這類計算方法來探測地球內部。

　　當然，為了獲得更精確的計算結果，科學家還需要更多來自IceCube和其他中微子探測站的數據。這種方法是否比其他計算地球質量和探測地球內部特徵的方法更有效，還有待進一步研究驗證。這一方法還可能幫助科學家了解地球的所有質量是否都來自普通物質，也許一些質量屬於會避開中微子的物質，比如暗物質。（任天）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！