原標題：低質量系外行星大氣逃逸機制揭示

太古時期，圍繞太陽公轉的一些行星的大氣層，可能因為多種原因離開行星進入太空。現(xiàn)在，這種流體大氣逃逸方式在太陽系中已不復存在。

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，流體大氣逃逸一直存在，這不僅改變了行星的質量，還影響了行星的氣候和環(huán)境。

近日，由中國科學院云南天文臺研究員郭建恒發(fā)起的一項新研究，創(chuàng)新揭示了質量在地球到海王星范圍內富氫系外行星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視角，也為尋找可能適宜人類居住的系外行星提供了新方法。相關論文發(fā)表于《自然·天文》。

尋覓帶大氣層的系外行星

人類賴以生存的太陽，帶著諸行星及其衛(wèi)星亙古旋轉。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，并憑借此成果獲得了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。在地球上有智慧生命存在，而系外行星是否也能如此，取決于其是否宜居。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。“星球上生命存在的另一個關鍵，就是一定要有液態(tài)水。”李焱說，大氣層的存在，成為衡量一顆行星是否宜居的第三個重要條件。因此探測系外行星是否存在大氣層，就成了非常重要的問題。

“舉例來說，金星和地球的環(huán)境十分相似，但為什么我們在金星上沒有找到水，也沒有找到生命的信號？其實，早期的金星表面曾存在水。有一種觀點認為，早期金星上的水已隨著大氣逃逸了。”郭建恒告訴記者，這種逃逸機制，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大氣逃逸行為，但得到的結論往往并不明確。“流體大氣逃逸是一個很復雜的過程，不同恒星的情況也千差萬別。”郭建恒說，此次研究的意義，就是只要有確定的系外恒星及行星信息，就可以據此判斷其行星大氣是否穩(wěn)定以及是否會逃逸。

修正金斯參數(shù)

歷經多年研究，郭建恒發(fā)現(xiàn)，即使在沒有其他外部能量源的情況下，在那些低質量和大半徑的行星上，只要有足夠多的內能或足夠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)中氣體動力學性質的一個重要參數(shù)。它主要與天體的質量、半徑、氣體的溫度、分子質量相關，反映了氣體在引力作用下的穩(wěn)定性。然而，當考慮外部能量驅動過程，比如恒星的極紫外輻射和潮汐力做功驅動，金斯參數(shù)就無法準確反映天體系統(tǒng)的氣體動力學性質。

因此，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)，就可以對低質量行星大氣流體逃逸機制作出分類。這一新參數(shù)，不僅幫助研究者更精確地區(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)在為止一直都沒有任何更改。對它進行修正，是我此次研究的貢獻。”郭建恒說，研究還發(fā)現(xiàn)，具有高引力勢和低恒星輻射的行星，更可能經歷一種慢速的流體大氣逃逸，否則行星則以快速的流體大氣逃逸為主。

“人類在宇宙中是否孤獨？科學家一直在努力地尋求答案。”中國科學院院士、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作出了清晰的分類，推進了人們對行星大氣逃逸的認識，為下一步研究行星的宜居性和行星大氣演化過程提供了理論依據。

多位論文審稿人也認為，該研究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星球的探索不斷深入，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)境及演變歷程。