系外行星大气逃逸研究让行星形成演化进程更清晰

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科技日报昆明10月13日电 （记者赵汉斌 通讯员陈艳）记者13日从中国科学院云南天文台获悉，该台研究人员近期详细研究了太阳系以外行星大气的流体动力学逃逸问题，并修正了估计行星物质损失率的能量限制方程。美国《天体物理学杂志》发表了这一最新研究成果。

云南天文台郭建恒研究员介绍，学界观测和理论发现，一些系外行星经历着大气逃逸。大气逃逸可影响行星的组成、分布和演化等。行星大气的物质损失率是表征大气逃逸的一个重要物理量。行星受到主星强烈的X射线和极紫外线辐射，其大气会被加热后膨胀，从而克服行星的引力势而逃逸，并伴有持续的物质损失。逃逸的粒子还具有一定的动能和热能，单位时间内逃出的粒子质量被称为物质损失率。假设加热大气的能量全部用来克服行星的引力势，可以推导出估计行星物质损失率的能量限制方程。准确地估计行星的物质损失率，对行星的形成演化及大样本型组合成的研究具有非常重要的意义。

在郭建恒研究员指导下，该台研究生闫冬冬等人利用大气逃逸的一维流体动力学模型，研究了近450个系外行星系统，给出了流体动力学的物质损失率、加热效率和极紫外线特征吸收半径。在此基础上，还与能量限制方程的物质损失率作了比较。

他们发现，当行星接收的极紫外线辐射流量或物质损失率高于一定值时，能量限制方程估计的物质损失率，要比流体动力学模型给出的物质损失率高，也就是说高估了物质损失率。在能量限制方程中考虑逃逸粒子的动能和热能变化后，能量限制方程的物质损失率和流体动力学的基本一致。这是因为随着行星引力势与X射线和极紫外线辐射的积分流量乘积的增加，粒子动能与热能变化的和将逐渐增加，才能与行星的势能变化可比拟。