发布单位： 台北市立天文科学教育馆
目前已确认的系外行星有 5,200 多颗 ，其中许多行星的轨道非常靠近它们的母恒星 ，因此周期也只有几天 ，但在多年的观测中发现了一个令人费解的现象 ，即半径在地球 1.4 至 2.4 倍之间的行星很少 ，天文学家又将其称为 「半径谷」 ，尽管该现象似乎是在告诉我们关于行星的本质 、形成或演变的必然结果 ，但科学家目前还无法知道其确切的成因 。
现在 ，有一批科学团队针对半径谷进行了新的研究 ，在比地球大 2.4 倍以上的星球上 ，大气中氦气的含量正在增加 ，这种规模行星通常被称为 「迷你海王星」 ，如果它们有一个岩石内核 ，它就在厚厚的大气层下面 。
在它们生命的早期 ，虽然仍在由气体和尘埃组成的原行星盘中形成 ，但在离恒星较远处形成的行星可以向内迁移 。它们离恒星越近 ，受到恒星热量和辐射的影响就越大 ，恒星风及闪焰可以逐渐将行星大气层移除 ，当这种情况发生时 ，行星甚至会长出类似彗星状的尾巴 ，而在气体被剥离后仅留下一个裸露的岩石内核 。
图说： 艺术家描绘一个太过于靠近其母恒星的行星 ，大气层逐渐被吹散的样子 。
这一类星球的原始大气层主要由氢和氦组成 ，太阳系中的木星就是一个极佳的例子 ，它含有 90%的氢及 10%的氦 。然而 ，氢比氦轻 ，因此更容易逃逸到太空中 ，研究团队设计了一个模型 ，模拟七万颗大小不同及围绕不同恒星运行 、温度不同的系外行星 ，以观察来自母恒星的热量会对它们的大气产生什么影响 。他们发现 ，氢气确实比氦更快消散 ，导致氢气的丰度相对于氦的数量下降 。
在极端的情况下 ，他们模拟的一些行星大气中氦质量超过了 40% ，这些 「氦世界」 行星占据半径谷的 2.4 倍地球半径侧 ，无论写的大气中富含氢或氦 ，这些行星中的大气膨胀会增加行星半径 ，使得那些行星难以小于 2.4 倍地球半径 。而在半径谷的另一侧 ，将失去所有的氢和氦 ，甚至没有重要的大气层 ，它们的半径将限制在岩石内核的半径 。
有时候有些行星在失去了原始大气层后会释放出一种类似于地球的稀薄新大气层 ，但若是离它们的母恒星太近 ，那大气层是否留下也是一场拉据战 。这一研究更好地解释了有关行星大小的起源和演化 ，是形成过程的共同结果 。随着 JWST 的升空 ，研究团队希望在未来能够使用 JWST 的新仪器来探测系外行星上的大气层气体 ，对这些半径较大的热行星进行光谱观测来提供证据 ，以确定氦丰度的测定 ，相关的研究结果发表于 《自然·天文学》 。 （ （编译/台北天文馆技佐许晋翊）
资料来源： Space.com