研究揭示了低质量系外行星的流体动力逃逸机制

中国科学院云南天文台的郭建恒在《自然天文学》上发表的一项研究为低质量系外行星剧烈的大气逃逸过程(特别是称为流体动力逃逸的过程)提供了视角。

它揭示了影响水动力逃逸的各种驱动机制，并提出了一种新的分类方法来理解这些逃逸过程。

系外行星是指太阳系之外的行星，是天文学研究中的热门课题。这些行星的大气层可能因各种原因离开行星并进入太空。其中一个原因是流体动力逃逸，这是高层大气离开整个行星的过程。这个过程比在太阳系行星中观察到的粒子逃逸行为要强烈得多。

水动力大气逃逸可能发生在太阳系行星的早期阶段。如果当时地球通过流体动力逃逸失去了整个大气层，它可能会变得像火星一样荒凉。现在，这种激烈的逃亡不再发生在像地球这样的行星上。然而，太空和地面望远镜观察到，在一些距离宿主恒星非常近的系外行星上，仍然会发生流体动力逃逸。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。

在这项研究中，郭建恒发现，低质量系外行星的流体动力逃逸可能是由行星的内能、恒星潮汐力所做的功或恒星极紫外辐射的加热单独或共同驱动的。

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了行星上的流体逃逸，而结论往往是模糊的。这项研究提出，仅利用恒星和行星的基本物理参数，如质量、半径和轨道距离，就可以对低质量行星的流体动力逃逸机制进行分类。

在质量小、半径大的行星上，足够的内能或高温可以驱动大气逃逸。这项研究表明，使用经典的吉恩斯参数(行星内能与势能之比)可以确定上述逃逸是否发生。

对于内能无法驱动大气逃逸的行星，郭建恒通过引入来自恒星的潮汐力定义了升级版的金斯参数。通过升级的Jeans参数，可以轻松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，这项研究还表明，具有高引力势和低恒星辐射的行星更有可能经历缓慢的流体动力大气逃逸;否则，地球将主要经历快速的液体逃逸。

这项研究的结果阐明了行星的大气层如何随时间演化，这对于探索低质量行星的演化和起源非常重要，并有助于更好地了解这些遥远世界的宜居性和演化历史。