系外行星大气逃逸研究让行星形成演化进程更清晰

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。（记者赵汉斌）