新研究加强了对系外行星大气逃逸的了解 重点是分类和对宜居性的影响

一项新的研究加深了我们对低质量系外行星剧烈大气逃逸过程的了解，特别是一种被称为流体动力逃逸的过程。它揭示了驱动流体动力逸出的各种机制，并提出了一种新的分类方法来理解这些逸出过程。该研究发表于5月9日的《自然-天文学》（Nature Astronomy ），由中国科学院云南天文台郭建恒博士主持。

系外行星的水动力逃逸

系外行星即太阳系外的行星，是天文学研究的热门课题。这些行星的大气会因为各种原因离开行星进入太空。其中一个原因就是流体力学逃逸，即上层大气整体离开行星。这一过程比太阳系行星的粒子逸出过程要强烈得多。

科学家们推测，在太阳系的一些行星（如金星和地球）的早期阶段，曾发生过流体动力大气逃逸现象。如果地球通过这一过程失去了整个大气层，那么它可能会变得像火星一样荒凉。然而，在地球这样的行星上已经不再发生这种强烈的逸出现象了。

与此相反，太空和地面望远镜已经观测到，在一些非常靠近宿主恒星的系外行星上仍然会发生流体力学逃逸。这一过程不仅会改变行星的质量，还会影响行星的气候和宜居性。

影响低质量系外行星流体动力逃逸的各种驱动机制 图源：Jianheng Guo

大气逃逸机制

在这项研究中，郭博士发现，富氢低质量系外行星的流体动力大气逸出可能是由行星内能、恒星潮汐力做功或恒星极端紫外线辐射加热单独或共同驱动的。

在这项研究之前，研究人员不得不依靠复杂的模型来找出行星流体动力逸出的物理机制，结论往往模糊不清。这项研究提出，恒星和行星的基本物理参数，如质量、半径和轨道距离，足以对低质量行星的流体动力逸出机制进行分类。

大气逃逸动力学新见解

在质量小、半径大的行星上，足够的内能或高温可以推动大气逃逸。这项研究表明，利用经典的杰恩斯参数--行星内能与势能的比值--可以确定上述逸出是否会发生。

对于内能无法驱动大气逃逸的行星，郭博士通过引入恒星的潮汐力，定义了一个升级的杰恩斯参数。有了升级后的杰恩斯参数，恒星的潮汐力和极端紫外线辐射在推动大气逸散方面的作用就可以很容易地准确区分开来。

结论和影响

此外，这项研究还揭示了高引力势能和低恒星辐射的行星更有可能经历缓慢的流体动力大气逃逸；否则，行星将主要经历快速的流体动力逃逸。

这项研究有助于科学家了解行星的大气是如何随时间演变的，这对于探索低质量行星的演变和起源非常重要。这样，我们就能更好地了解这些遥远世界的宜居性和演化历史。

编译来源：ScitechDaily