系外行星大氣逃逸研究讓行星形成演化進程更清晰

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科技日報昆明10月13日電 （記者趙漢斌 通訊員陳豔）記者13日從中國科學院雲南天文台獲悉，該台研究人員近期詳細研究了太陽系以外行星大氣的流體動力學逃逸問題，並修正了估計行星物質損失率的能量限制方程。美國《天體物理學雜誌》發表了這一最新研究成果。

雲南天文台郭建恆研究員介紹，學界觀測和理論發現，一些系外行星經歷着大氣逃逸。大氣逃逸可影響行星的組成、分佈和演化等。行星大氣的物質損失率是表徵大氣逃逸的一個重要物理量。行星受到主星強烈的X射線和極紫外線輻射，其大氣會被加熱後膨脹，從而克服行星的引力勢而逃逸，並伴有持續的物質損失。逃逸的粒子還具有一定的動能和熱能，單位時間內逃出的粒子質量被稱為物質損失率。假設加熱大氣的能量全部用來克服行星的引力勢，可以推導出估計行星物質損失率的能量限制方程。準確地估計行星的物質損失率，對行星的形成演化及大樣本型組合成的研究具有非常重要的意義。

在郭建恆研究員指導下，該台研究生閆鼕鼕等人利用大氣逃逸的一維流體動力學模型，研究了近450個系外行星系統，給出了流體動力學的物質損失率、加熱效率和極紫外線特徵吸收半徑。在此基礎上，還與能量限制方程的物質損失率作了比較。

他們發現，當行星接收的極紫外線輻射流量或物質損失率高於一定值時，能量限制方程估計的物質損失率，要比流體動力學模型給出的物質損失率高，也就是説高估了物質損失率。在能量限制方程中考慮逃逸粒子的動能和熱能變化後，能量限制方程的物質損失率和流體動力學的基本一致。這是因為隨着行星引力勢與X射線和極紫外線輻射的積分流量乘積的增加，粒子動能與熱能變化的和將逐漸增加，才能與行星的勢能變化可比擬。