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行星大氣逃逸如何驅動(dòng)？我國科學(xué)家有新發(fā)現

太陽(yáng)系外是否存在像地球這樣可以居住的行星？在回答這個(gè)問(wèn)題之前，科學(xué)家首先要搞清楚，這個(gè)行星是否具有可宜居性，而大氣是否長(cháng)期存在頗為關(guān)鍵。若行星發(fā)生大氣逃逸，會(huì )變得像火星這樣荒涼，不適宜生命居住。因此研究不同物理機制驅動(dòng)下的行星大氣逃逸過(guò)程尤為重要。我國科研人員巧妙使用恒星行星系統的基本物理參數，對行星大氣的逃逸機制做出清晰的判定和分類(lèi)，推進(jìn)了人們對行星大氣逃逸的認識，為下一步研究行星可宜居性和行星大氣演化過(guò)程提供了理論依據。這一研究成果5月9日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·天文學(xué)》上。

論文作者、中國科學(xué)院云南天文臺郭建恒研究員介紹，圍繞著(zhù)恒星公轉的行星的大氣可能會(huì )因為多種原因離開(kāi)行星進(jìn)入太空。其中，上層大氣以整體的行為猛烈離開(kāi)行星的方式被稱(chēng)為流體大氣逃逸。流體大氣逃逸在太陽(yáng)系行星的早期可能發(fā)生，如今這種猛烈的逃逸方式在地球等行星中已不復存在。然而通過(guò)空間和地面望遠鏡觀(guān)測發(fā)現，流體逃逸在一些離宿主恒星很近的系外行星上一直存在，不僅改變了行星的質(zhì)量，還影響了行星的氣候和宜居環(huán)境。

研究發(fā)現，低質(zhì)量系外行星的流體大氣逃逸可以由行星內能、恒星潮汐力拉拽或恒星的極端紫外輻射加熱單獨或共同驅動(dòng)。在該項研究之前，研究人員需要依賴(lài)復雜的模型來(lái)判斷一顆行星上的流體逃逸究竟是由哪種物理機制驅動(dòng)，且得到的最終結論往往并不明確。借助郭建恒主導的這項研究成果，僅使用恒星和行星的基本物理參數，如質(zhì)量、半徑和軌道距離等就可對低質(zhì)量行星流體大氣逃逸機制做出分類(lèi)。

郭建恒說(shuō)，在那些低質(zhì)量和大半徑的行星上，若行星有足夠的內能或較高溫度，便可驅動(dòng)大氣逃逸。研究發(fā)現使用經(jīng)典的金斯參數，即行星內能和勢能的比值，就可對上述逃逸是否發(fā)生做出判斷；對于內能無(wú)法驅動(dòng)大氣逃逸的行星，該研究通過(guò)引入恒星的潮汐力，定義了一個(gè)改進(jìn)的金斯參數。“通過(guò)它，我們就能對恒星潮汐力和極端紫外輻射在驅動(dòng)大氣逃逸上的角色進(jìn)行區分。”

《自然·天文學(xué)》多位審稿人評價(jià)，研究者提出了一個(gè)簡(jiǎn)單新穎的方法來(lái)判斷大氣逃逸類(lèi)別并將其系統化，對了解系外行星的星族統計具有重要意義。隨著(zhù)人類(lèi)對宇宙中其他潛在宜居行星的探索不斷深入，這項研究發(fā)現將幫助我們更好理解這些遙遠世界的環(huán)境和演變歷程。