科技日報記者 趙漢斌
地球大氣層護佑和滋養(yǎng)著人類。太古時期，圍繞著太陽公轉的一些行星大氣層，可能會因為多種原因離開行星進入太空?，F(xiàn)在，這種猛烈的大氣逃逸方式在太陽系中已不復存在，否則地球可能變得和火星一樣荒涼。
然而，通過空間和地面望遠鏡觀測，天文學家發(fā)現(xiàn)，在一些離宿主恒星很近的系外行星上，流體逃逸一直存在，這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。
記者5月16日從中國科學院云南天文臺獲悉，由該臺研究員郭建恒發(fā)起的一項新研究，創(chuàng)新性地揭示了從地球到海王星質(zhì)量范圍內(nèi)富氫系外行星劇烈大氣逃逸過程——流體大氣逃逸的不同驅動機制，為人們準確理解這類逃逸過程提供了新的視角，也為尋找人類可能宜居的系外行星提供了新方法。國際期刊《自然·天文》發(fā)表了這一重要成果。
研究示意圖。云南天文臺供圖
緣何尋找?guī)Т髿鈱拥南低庑行牵?/span>
我們賴以生存的太陽，帶著諸行星及其衛(wèi)星“一大家子”在亙古旋轉。在太陽系外，是否還有帶著行星游走的其他恒星？1995年，科學家首次找到了繞類太陽恒星轉動的系外行星，并獲得了2019年的諾貝爾物理學獎。
“到目前為止，天文學界已發(fā)現(xiàn)5600多顆系外行星。”云南天文臺研究員李焱向記者介紹。在太陽系的地球，有生命甚至智慧生命存在，而系外行星是否也能如此，取決于“宜居帶”這個重要概念。對照太陽系，行星離恒星不能太近也不能太遠，表面溫度適宜，才能宜居?！巴瑫r，生命存在的一個關鍵，就是一定要有液態(tài)水?！崩铎驼f，大氣層的存在，成為衡量一顆行星是否宜居的另一重要條件。因此探測其是否存在大氣層，就變成一個非常重要的問題。
“比如說金星和地球，為什么在這么相似的環(huán)境下，我們在金星上沒有找到生命的信號，也沒有找到水。如果倒退回金星的早期，其表面曾存在過巨量的水。有一種觀念認為，早期金星上的水就已隨著大氣逃逸了?！惫ê愀嬖V記者，這種逃逸的機制，正是他研究的出發(fā)點。
此前，人們需要依賴復雜的模型來判斷一顆行星上的流體逃逸行為，而且得到的結論往往并不明確?！按髿馓右菔且粋€很復雜的過程，圍繞不同恒星的情況也千差萬別。”郭建恒說，此次研究的貢獻，就是只要用確定的系外恒星及行星信息，就可以得出其行星大氣是不是穩(wěn)定以及是否會逃逸。
極簡機制揭示系外行星大氣逃逸機制
歷經(jīng)多年研究，郭建恒發(fā)現(xiàn)，即使在沒有其他外部能量源的情況下，在那些低質(zhì)量和大半徑的行星上，只要足夠的內(nèi)能或者高的溫度就可以驅動大氣逃逸。
在天文學中，金斯參數(shù)是用來描述天體系統(tǒng)中氣體動力學性質(zhì)的一個重要參數(shù)。它主要與天體的質(zhì)量、半徑、氣體的溫度、分子質(zhì)量相關，反映了氣體在引力作用下的穩(wěn)定性。行星核心放熱或者恒星的光學和近紅外輻射在較低大氣層沉積的熱能在很大程度上決定了行星的平衡溫度。郭建恒發(fā)現(xiàn)，這一過程要求行星的金斯參數(shù)小于3.5。然而，當考慮外部能量驅動過程，比如恒星的極紫外輻射對大氣的加熱和潮汐力做功驅動的流體逃逸時，金斯參數(shù)對此無能為力。
因此，在溫度不夠高的情況下，郭建恒引入恒星的潮汐力，定義了一個改進的金斯參數(shù)。通過該參數(shù)，能簡潔準確地區(qū)分恒星潮汐力和極端紫外輻射在驅動大氣逃逸中的角色。以此為基礎，科研人員只需使用質(zhì)量、半徑和軌道距離等恒星和行星的基本物理參數(shù)，就可以對低質(zhì)量行星大氣流體逃逸機制作出分類。這一新參數(shù)，不僅允許研究者更精確地區(qū)分外部能源導致大氣逃逸的不同物理過程，還可以很好地區(qū)分恒星極紫外輻射和潮汐力驅動的逃逸。
“1924年提出的金斯參數(shù)，到現(xiàn)在為止一直都沒有做過任何更改。對它進行有機地修正，是我此次研究的貢獻?！惫ê阏f，研究還發(fā)現(xiàn)，具有高引力勢和低恒星輻射的行星，更可能經(jīng)歷一種慢速的流體大氣逃逸，否則行星則以快速的流體逃逸為主。
“人類在宇宙中是否孤獨？我們在宇宙中是否還有兄弟姐妹？科學家一直在努力地尋求答案?！敝袊茖W院院士、云南天文臺研究員韓占文說，下一步我們需要知道行星上是否有大氣、是否有生命，郭建恒團隊對行星大氣的逃逸機制做出了清晰的分類，推進了人們對行星大氣逃逸的認識，為下一步研究行星的可宜居性和行星大氣演化過程提供了理論依據(jù)。
多位論文審稿人也認為，該研究創(chuàng)新性地提出了一種新穎的方法來判斷大氣逃逸類別，這對了解系外行星非常重要。隨著人類對宇宙中潛在宜居世界的探索不斷深入，這一發(fā)現(xiàn)可幫助人們更好地理解那些遙遠星球的環(huán)境及其演變歷程。
責任編輯： 冷媚本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-2-6821-0.html我國科學家揭示低質(zhì)量系外行星大氣逃逸機制 尋找人類宜居星球，向前邁了一大步？
聲明：本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時間刪除處理。
點擊右上角
微信好友
朋友圈
點擊瀏覽器下方“
”分享微信好友Safari瀏覽器請點擊“
”按鈕
點擊右上角
QQ
點擊瀏覽器下方“”分享QQ好友Safari瀏覽器請點擊“”按鈕
