研究人員利用開普勒太空望遠鏡（Kepler Space Telescope）的數據發現，一些系外行星正在因大氣層的消失而縮小，這很可能是由其核心的輻射造成的。這項發現有助於解釋所觀測到的系外行星的大小差距，並表明有一個不同於先前理論上的光蒸發的重要大氣損失過程。

一項新的研究可以解釋介於超級地球和亞海王星之間的”失蹤”系外行星。

一些系外行星似乎正在失去它們的大氣層並逐漸縮小。在一項利用美國太空總署退役的開普勒太空望遠鏡進行的新研究中，天文學家發現了可能原因的證據： 這些行星的核心正在由內而外地擠走它們的大氣層。

系外行星的大小差距

系外行星（太陽系外的行星）有各種各樣的大小，從小型岩石行星到巨大的氣態巨行星。介於兩者之間的是岩石質地的超級地球和具有浮腫大氣層的較大的亞海王星。但是，科學家一直在努力更了解那些大小介於地球1.5倍到2倍之間（或介於超級地球和亞海王星之間）的行星，但其中有一個明顯的缺失–“大小差距”。

Caltech/IPAC研究科學家傑西-克里斯蒂安森（Jessie Christiansen）說：「科學家現在已經確認探測到了5000多顆系外行星，但是直徑在地球1.5倍到2倍之間的行星比預期的要少。系外行星科學家現在有足夠的數據來說明這種差距並非僥倖。有什麼東西在阻礙行星達到和/或保持這種大小”。

這幅藝術家的概念圖展示了亞海王星系外行星TOI-421 b可能的樣子。在一項新的研究中，科學家發現了新的證據，顯示這類行星是如何失去大氣層的。圖片來源：NASA、ESA、CSA 和D. Player (STScI)

研究人員認為，這種差距可以用某些亞海王星隨著時間的推移而失去大氣層來解釋。如果行星沒有足夠的質量，也就是沒有足夠的引力來維持其大氣層，就會出現這種損失。因此，質量不夠大的亞海王星會縮小到與超級地球差不多大小，從而在兩個大小的行星之間留下了差距。

但這些行星究竟是如何失去大氣層的，一直是個謎。科學家已經確定了兩種可能的機制： 一種叫做核心動力質量損失；另一種叫做光蒸發。這項研究發現了支持第一種機制的新證據。

這段影片解釋了系外行星或太陽系外行星主要類型之間的差異。資料來源：NASA/JPL-加州理工學院

解開謎團

克里斯蒂安森說：”當行星炙熱內核發出的輻射隨著時間推移將大氣層推離行星時，就會發生由內核驅動的質量損失。行星間隙的另一個主要解釋是光蒸發，即行星的大氣層基本上被其主恆星的熱輻射吹散。在這種情況下，來自恆星的高能量輻射就像吹風機吹在冰塊上一樣。”

「光蒸發被認為發生在行星最初的一億年裡，而由核心驅動的質量損失被認為發生得更晚–接近行星生命的10 億年。但無論是哪種機制，如果沒有足夠的質量，你就無法堅持下去，你就會失去大氣層並縮小，」克里斯蒂安森補充道。

這張資訊圖表詳細介紹了系外行星的主要類型。科學家一直致力於更好地理解介於超級地球和次海王星之間的行星的”大小差距”或明顯缺失。資料來源：NASA/JPL-加州理工學院

透過觀測發現證據

在這項研究中，奇斯蒂安森和她的合著者使用了美國太空總署開普勒太空望遠鏡擴展任務K2的數據，觀察了年齡在6億到8億年之間的Praesepe星團和Hyades星團。由於一般認為行星的年齡與其宿主恆星的年齡相同，因此該星系中的亞海王星已經過了可能發生光氣蒸發的年齡，但還沒有老到經歷核心動力質量損失的程度。

因此，如果研究小組發現普雷塞佩和哈迪斯（Hyades）中有大量的亞海王星（與其他星團中的老恆星相比），他們就可以得出結論：光汽化並沒有發生。在這種情況下，最有可能解釋質量較小的亞海王星隨著時間的推移會發生什麼的是核心動力質量損失。

在觀測Praesepe星團和Hyades星團時，研究人員發現這些星團中幾乎100%的恆星軌道上仍有一顆亞海王星或候選行星。從這些行星的大小來看，研究人員認為它們仍保留著大氣層。

這幅插圖描繪的是美國太空總署的系外行星獵人–開普勒太空望遠鏡。該機構於2018年10月30日宣布，開普勒的燃料耗盡，將在遠離地球的當前安全軌道上退役。開普勒留下了2600多個系外行星發現。資料來源：美國國家航空暨太空總署/溫蒂-斯坦澤爾/丹尼爾-拉特

這與K2觀測到的其他更古老的恆星（年齡超過8億歲的恆星）不同，其中只有25%的恆星擁有亞海王星軌道。這些恆星較老的年齡更接近核心動力質量損失被認為發生的時間範圍。

根據這些觀測結果，研究小組得出結論，Praesepe和Hyades不可能發生光蒸發。如果發生了，那也應該是在幾億年前，這些行星的大氣層即使有也所剩無幾了。這就使得核心動力質量損失成為這些行星大氣層可能發生的主要解釋。

正在進行的研究和開普勒的遺產

克里斯蒂安森的團隊花了五年多的時間建立了這項研究所需的候選行星目錄。但她說，這項研究遠未完成，目前對光蒸發和/或核心動力品質損失的理解有可能改變。在有人宣布這個行星間隙之謎被徹底揭開之前，這些發現很可能還要經過未來研究的檢驗。

這項研究是利用美國宇航局系外行星檔案館進行的，該檔案館由位於帕薩迪納的加州理工學院根據與美國宇航局簽訂的合同運營，是系外行星探索計劃的一部分，位於南加州的美國太空總署噴射推進實驗室。噴射推進實驗室是加州理工學院的一個分部。