星空有約丨行星大氣會“逃跑”嗎？

太陽系外是否存在像地球這樣可以居住的行星？在回答這個問題之前，科學家首先要搞清楚，這個行星是否具有可宜居性，而大氣是否長期存在頗為關鍵。若行星發生大氣逃逸，會變得像火星這樣荒涼，不適宜生命居住。因此研究不同物理機制驅動下的行星大氣逃逸過程尤為重要。我國科研人員巧妙使用恒星行星系統的基本物理參數，對行星大氣的逃逸機制做出清晰的判定和分類，推進了人們對行星大氣逃逸的認識，為下一步研究行星可宜居性和行星大氣演化過程提供了理論依據。這一研究成果5月9日發表在國際學術期刊《自然·天文學》上。

行星大氣逃逸機制科學示意圖。（中國科學院云南天文臺供圖）

論文作者、中國科學院云南天文臺郭建恒研究員介紹，圍繞著恒星公轉的行星的大氣可能會因為多種原因離開行星進入太空。其中，上層大氣以整體的行為猛烈離開行星的方式被稱為流體大氣逃逸。流體大氣逃逸在太陽系行星的早期可能發生，如今這種猛烈的逃逸方式在地球等行星中已不復存在。然而通過空間和地面望遠鏡觀測發現，流體逃逸在一些離宿主恒星很近的系外行星上一直存在，不僅改變了行星的質量，還影響了行星的氣候和宜居環境。

研究發現，低質量系外行星的流體大氣逃逸可以由行星內能、恒星潮汐力拉拽或恒星的極端紫外輻射加熱單獨或共同驅動。在該項研究之前，研究人員需要依賴復雜的模型來判斷一顆行星上的流體逃逸究竟是由哪種物理機制驅動，且得到的最終結論往往并不明確。借助郭建恒主導的這項研究成果，僅使用恒星和行星的基本物理參數，如質量、半徑和軌道距離等就可對低質量行星流體大氣逃逸機制做出分類。

郭建恒說，在那些低質量和大半徑的行星上，若行星有足夠的內能或較高溫度，便可驅動大氣逃逸。研究發現使用經典的金斯參數，即行星內能和勢能的比值，就可對上述逃逸是否發生做出判斷；對于內能無法驅動大氣逃逸的行星，該研究通過引入恒星的潮汐力，定義了一個改進的金斯參數?！巴ㄟ^它，我們就能對恒星潮汐力和極端紫外輻射在驅動大氣逃逸上的角色進行區分?！?/p>

《自然·天文學》多位審稿人評價，研究者提出了一個簡單新穎的方法來判斷大氣逃逸類別并將其系統化，對了解系外行星的星族統計具有重要意義。隨著人類對宇宙中其他潛在宜居行星的探索不斷深入，這項研究發現將幫助我們更好理解這些遙遠世界的環境和演變歷程。