一項新的研究加深了我們對低質量系外行星劇烈大氣逃逸過程的了解，特別是一種被稱為流體動力逃逸的過程。它揭示了驅動流體動力逸出的各種機制，並提出了一種新的分類方法來理解這些逸出過程。研究發表於5月9日的《自然-天文學》（Nature Astronomy ），由中國科學院雲南天文台郭建恆博士主持。

系外行星的水動力逃逸

系外行星即太陽系外的行星，是天文學研究的熱門議題。這些行星的大氣會因為各種原因離開行星進入太空。其中一個原因是流體力學逃逸，即上層大氣整體離開行星。這個過程比太陽系行星的粒子逸出過程強烈得多。

科學家推測，在太陽系的一些行星（如金星和地球）的早期階段，曾經發生流體動力大氣逃逸現象。如果地球透過這個過程失去了整個大氣層，那麼它可能會變得像火星一樣荒涼。然而，在地球這樣的行星上已經不再發生這種強烈的逸出現象了。

與此相反，太空和地面望遠鏡已經觀測到，在一些非常靠近宿主恆星的系外行星上仍然會發生流體力學逃脫。這個過程不僅會改變行星的質量，還會影響行星的氣候和宜居性。

影響低質量系外行星流體動力逃逸的各種驅動機制圖源：Jianheng Guo

大氣逃逸機制

在這項研究中，郭博士發現，富氫低質量系外行星的流體動力大氣逸出可能是由行星內能、恆星潮汐力做功或恆星極端紫外線輻射加熱單獨或共同驅動的。

在這項研究之前，研究人員必須依靠複雜的模型來找出行星流體動力逸出的物理機制，結論往往模糊不清。這項研究提出，恆星和行星的基本物理參數，如質量、半徑和軌道距離，足以對低質量行星的流體動力逸出機制進行分類。

大氣逸散動力學新見解

在質量小、半徑大的行星上，足夠的內能或高溫可以推動大氣逃逸。這項研究表明，利用經典的傑恩斯參數–行星內能與位能的比值–可以確定上述逸出是否會發生。

對於內能無法驅動大氣逃逸的行星，郭博士透過引入恆星的潮汐力，定義了一個升級的傑恩斯參數。有了升級後的傑恩斯參數，恆星的潮汐力和極端紫外線輻射在推動大氣逸散方面的作用就可以很容易地準確區分開來。

結論和影響

此外，這項研究還揭示了高引力位能和低恆星輻射的行星更有可能經歷緩慢的流體動力大氣逃逸；否則，行星將主要經歷快速的流體動力逃逸。

這項研究有助於科學家了解行星的大氣是如何隨時間演變的，這對於探索低質量行星的演變和起源非常重要。這樣，我們就能更了解這些遙遠世界的宜居性和演化歷史。

編譯來源：ScitechDaily