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泡芙氦行星也许可以解释系外行星大小的谜团

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1.42.4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

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。An illustration of a star slowly evaporating an orbiting planet's atmosphere. (Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
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