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在給地球稱重并探測地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題上，科學家必須借助一些間接的方法。通常而言，他們會利用聲波和引力等來進行計算。不過，有一個研究團隊想到了一種全新的方法：通過測量穿過地球的神秘宇宙粒子來獲得地球的重量。

利用南極冰立方中微子觀測站（IceCube，位于阿蒙森-斯科特南極站）的數(shù)據(jù)，研究人員估測了地球的質(zhì)量。

來自西班牙的研究人員利用穿過地球的中微子來計算地球的質(zhì)量和密度。雖然這一方法目前還處于最初階段，但有朝一日或許會成為非常實用的工具。而且，研究人員獲得的結(jié)果相當接近目前主流方法計算的數(shù)據(jù)。

“我們的結(jié)果證明了用這種方法來研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)是可行的，可以作為傳統(tǒng)地球物理學方法的補充，”研究作者在發(fā)表于《自然-物理學》（Nature Physics）期刊的論文中寫道。

粒子物理學是研究粒子以及它們之間相互作用的物理學分支。我們最常接觸到的粒子是質(zhì)子、中子和電子，這些粒子構(gòu)成了原子，它們之間通過引力、電磁力和強核力（使核子結(jié)合成原子核的基本作用力）、弱核力（發(fā)生在原子核內(nèi)極小的尺度上，并且是某些放射性衰變的部分原因）發(fā)生相互作用。

中微子是宇宙中數(shù)量最豐富的粒子之一（僅次于光子），但非常難以探測，因為它們只與弱核力相互作用。來自太陽和更遠太空的中微子不斷地轟擊地球，它們的相互作用如此微弱，以至于探測器通常建造在地底深處，以屏蔽宇宙射線和其他背景輻射，并檢測穿過整個地球的中微子。

與此同時，許多地球物理學家也在嘗試研究地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括地核、地幔以及地球磁場的行為。他們通常也只能通過間接方法進行測量，觀察聲波穿過地球時的變化，或者探測引力的局部變化。參與這項新研究的物理學家設(shè)想，既然我們已經(jīng)有了這些中微子探測器，而中微子也在不斷地穿過地球，那為什么不嘗試利用這些中微子來測量地球呢？

他們開始付諸實踐。利用南極冰立方中微子觀測站（IceCube，位于阿蒙森-斯科特南極站）的數(shù)據(jù)，研究人員測量了從不同角度撞擊探測器的中微子數(shù)量，其中直接向上穿過探測器的中微子比其他角度的中微子經(jīng)過更多部分的地球。他們將這一數(shù)據(jù)與如果地球不在探測器下方時將探測到的中微子數(shù)量進行了比較。

通過這些數(shù)據(jù)，研究人員測量出了地球的質(zhì)量，盡管還不是很精確，但得到的數(shù)字與目前用引力方法獲得的結(jié)果近似。他們還測量了地核的質(zhì)量，結(jié)果比目前廣泛接受的數(shù)值大一些。他們還發(fā)現(xiàn)，地核的密度比地球更大。當然，我們已經(jīng)知道了這一點，但通過從太空穿過地球的神秘粒子來再次驗證也挺有意思的。

研究人員非常坦誠他們沒有用到大量數(shù)據(jù)的事實，或許再過10多年，有了來自IceCube和其他探測器的更多數(shù)據(jù)，這一方法將變得更有效。巴黎第七大學的研究者Ve?ronique Van Elewyck并未參與此次研究，她在《自然》雜志的一篇評論中指出，研究人員仍然不知道有多少中微子轟擊地球，并且需要更多地了解冰的光學特性，以減少實驗的不確定性。她還寫道，關(guān)于中微子如何更普遍地與物質(zhì)相互作用的問題，目前仍存在著許多實驗上的不確定性。

隨著數(shù)據(jù)越來越豐富，以及相關(guān)實驗的增多（可能還要再花上十年或二十年時間），中微子或許真的能成為測量地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有用工具。

冰立方中微子觀測站

冰立方中微子觀測站（IceCube）有著目前全球最大的中微子探測器，由美國威斯康辛大學主導，集合了來自十多個國家超過300名科學家。這是一個位于南極冰層之下的觀測站，擁有數(shù)千個探測器，分布范圍超過1立方千米。

IceCube建成于2010年12月8日，設(shè)計目的是探測能量約1TeV的中微子，研究宇宙中能量極高的天文物理現(xiàn)象。2013年11月，研究團隊宣布IceCube觀測到28個可能來自太陽系以外的中微子。2018年7月12日，IceCube第一次成功確認高能宇宙中微子的來源。