行星为何有大气_系外行星大气逃逸研究让行星形成演化进程更清晰

太阳系外行星群——热海星( Hoptunes )的想象图。 图片来自网络。

科技日报记者赵汉斌通信员陈艳

13日，据中国科学院云南天文台报道，这位研究者最近详细研究了太阳系外行星大气的流体力学逃逸问题，修正了估算行星物质损失率的能量限制方程式。 美国《天体物理学杂志》发表了这项最新研究成果。

据云南天文台郭建恒研究员介绍，根据学术界的观测和理论发现，一些系外行星正在经历大气逃逸。 大气逃逸影响行星的组成、分布、演化等。 行星大气物质损失率是表示大气逃逸的重要物理量。 行星受到主星强x射线和极紫外线的辐射，大气被加热膨胀，克服行星的引力逃逸，伴随着持续的物质损失。 逃跑的粒子具有一定的动能和热能，单位时间内逃逸的粒子质量称为物质损失率。 假定所有加热大气的能量都是为了克服行星的引力，可以推导出估计行星物质损失率的能量限制方程式。

在郭建恒研究员的指导下，该台研究生斗冬等人利用大气逃逸的一维流体动力学模型，研究了近450个系外行星系统，揭示了流体动力学的物质损失率、加热效率和极紫外线特征吸收半径。 在此基础上，与能量限制方程的物质损失率进行了比较。

他们发现，当行星接收到的极紫外线辐射流量和物质损失率高于一定值时，能量限制方程推定的物质损失率高于流体力学模型给出的物质损失率，即物质损失率过高。 在能量限制方程中考虑逃逸粒子的动能和热能的变化后，能量限制方程的物质损失率与流体动力学基本一致。 这是因为随着行星的引力势与x射线和极紫外线辐射的积分流量的乘积增加，粒子动能和热能变化之和逐渐增加，与行星的势变化相匹敌。

该研究表明了能量限制方程的适用性，提出极紫外线辐射流量高于一定值时，需要修正能量限制方程. 正确估算行星物质损失率对研究行星的形成演化与大样本型组合具有非常重要的意义。