地球是生物所共有的家园，深入了解地球的内部结构对于人类而言有着非常重要的意义。相信许多人都看过地球的结构图，它主要由四个部分组成：最外一圈的地壳，主体部分的地幔，以及核心部分的外核和内核。

但2023年2月，澳大利亚国立大学发布的一项研究显示，在地球的内核中，可能还包含了一个厚约650公里的最内层球！那么，研究人员是如何发现这个隐藏的结构呢？

探索地球结构的方法

首先，我们需要知道的是，科学家究竟如何探测地球的内部结构的？

让我们设想一下地震的场景。当地震发生时，人们通常会感觉到地面在“摇晃”，而这其实就是地震波在传播时所造成的效果。如果我们想记录下这所谓的“地震波”，我们就需要使用到地震仪。

地震仪记录下来的是一条具有不同起伏幅度的曲线，我们可以称之为地震图。这样的一条曲线实际上能告诉我们许多信息，比如我们可以通过所示地震波的震动幅度和密集程度，来分析波的类型，以及不同类型的波到达的时间差。我们还可以利用地震波的最大振幅、周期等进行地震震级的计算。

此外，假如我们有两个以上的观测站同时都观察到了同一个地震，我们甚至可以通过两个站点所接收到地震波的实际时间差将地震位置，震源深度都计算出来。

但是如果地震波仅能读出上述的内容，那么它如何用来探测地球深部结构呢？实 际上，地震波还有“转性”的性质。地球的内部并不是均质，因此当介质有所差异时，地震波的性质和行径就有可能改变，这被称为“转性”。通俗而言，一般地震波的速度随距地表的深度增加而增加，若是发现地震波的波速突然减缓，或发生偏折等反常现象，就有可能代表着可能地震波在行径中遇到了介质改变的突变区。事实上，这也就 是科学家们不断发现地球的深部不同分层状态的理论基础。

核心的中的核心

现在的问题是，内核的体积非常小，仅占不到地球体积的1%。要研究如此小的体积，研究人员就需要把地震计放到地球的另一侧，也就是地震发生的对跖点或接近对跖的位置。

在这种情况下，地震波会从地表出发，然后依序穿过地幔、外核、内核、外核和地幔，最后抵达地球另一侧的地表，这种波被命名为PKIKP波。PKIKP波的传播时间和振幅目前已成为推断空间分布特性的主要短周期工具。

为了更好地探测内核的最内层(IMIC)，在这项新研究中，研究人员展示了一种全新的地震学方法，即复合PKIKP法。

在进一步了解这种方法前，我们先来进一步了解下地震波。依照波的性质，地震波主要分为三种：实体波、面波和尾波。实体波是能在物体中传递的波，它又可以分 成两种：P波（纵波）和S波（横波）。P波能在固体和液体中传播，而S波只能通过固体传播，所以能够到达地核的只有P波。

在P波到达了震源所对应的对跖点后，可能会被地面反射，产生反射波。如果想要产生多次反射波，就需要遇到良好的反射界面，因为一般的反射界面的反射系数都较小，一次反射波的强度很弱，多次反射后波的能量就更微弱了，一般较难将它与噪音进行区分。只有在反射系数较大的反射界面（如不整合面）产生的多次反射，才能够形成较强的多次波。而这就是复合PKIKP法的应用基础。

这张图（下图）中，右手边的大圆中黄色的五角星是信号源，蓝色的小三角为信 号接收器。蓝色的线表示第一次接受到信号的地震波路径，橙色线表示第二次接受到信号的地震波路径。

研究人员是如何通过这些来回反射的波揭示了隐藏的核心？这其中的关键就在于我刚才提到的“转性”。

研究人员发现，地震波在外内核和内核的最内层存在明显不同的各向异性。从这张图中我们看到，在外内核和内核的最内层，地震波的最快传播方向都是平行于地球的自转轴；但是在最慢传播方向却明显不同。也就是说，穿过内核的最内层的减慢方向，与穿过外内核的波的减慢方向不同。

最终，通过内核的两种各向异性，研究人员认为在地球内核中还存在一个更小的核心。

新研究的影响与意义

这项研究为我们提供了一种新的地震数据使用方法，来进行地球深部的结构探测。通过对目前已有数据的重新筛选和分析，我们或许会得到一些新的见解。

未来，还有许多值得我们思考的问题，比如内核的最内层和外内核的转变过程能否作为对过 去重大地球事件的化石记录？有没有更好的深层探测方法呢？在内核的最内层内是否还存在可分的内在结构呢？

来源: 星空计划