研究揭示了低质量系外行星的流体动力学逃逸机制

发布时间：2024-06-18 16:26:27 栏目：精选知识

导读 中国科学院云南天文台郭建恒博士在《 自然天文学》 杂志上发表的一项研究加深了我们对低质量系外行星剧烈大气逃逸过程的认识，具体来说是...

中国科学院云南天文台郭建恒博士在《 自然天文学》 杂志上发表的一项研究加深了我们对低质量系外行星剧烈大气逃逸过程的认识，具体来说是流体动力学逃逸过程。它揭示了驱动流体动力学逃逸的各种机制，并提出了一种理解这些逃逸过程的新分类方法。



系外行星，即太阳系外的行星，是天文学研究的热门课题。这些行星的大气层会因各种原因离开行星进入太空。其中一个原因是流体动力学逃逸，即高层大气整体离开行星。这一过程比我们太阳系行星中预测的粒子逃逸过程要激烈得多。

科学家推测，在我们太阳系的一些行星(如金星和地球)的早期阶段，流体动力学大气逃逸就曾发生过。如果地球通过这一过程失去了整个大气层，它可能会变得像火星一样荒凉。然而，这种强烈的逃逸现象在地球这样的行星上已不复存在。相比之下，太空和地面望远镜观察到，在一些非常靠近其主恒星的系外行星上，流体动力学逃逸仍然会发生。这一过程不仅改变了行星的质量，还影响了行星的气候和宜居性。

在本研究中，郭博士发现富含氢的低质量系外行星的流体动力学大气逃逸可以单独或共同由行星的内部能量、恒星潮汐力所做的功或恒星极紫外辐射的加热所驱动。

在这项研究之前，研究人员必须依靠复杂的模型来弄清楚哪种物理机制驱动行星上的流体动力学逃逸，而且结论往往很模糊。这项研究提出，恒星和行星的基本物理参数(例如质量、半径和轨道距离)足以对低质量行星的流体动力学逃逸机制进行分类。

对于质量小、半径大的行星，足够的内能或较高的温度可以驱动大气逃逸。这项研究表明，利用经典的金斯参数——行星内能与势能的比值——可以判断上述逃逸是否发生。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金斯参数。利用升级的金斯参数，可以方便准确地区分恒星潮汐力和极紫外辐射在驱动大气逃逸中的作用。

此外，该研究还表明，引力势能高、恒星辐射低的行星更有可能经历缓慢的流体动力学大气逃逸;反之，行星将主要经历快速的流体动力学大气逃逸。

这项研究有助于科学家了解行星大气层随时间的变化，这对于探索低质量行星的演化和起源具有重要意义。这样，我们就可以更好地了解这些遥远星球的宜居性和演化历史。