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系外行星大氣逃逸研究讓行星形成演化進程更清晰

來源： 科技日報
作者：南皮縣產(chǎn)學研科技成果中服務(wù)中心
日期： 2019-10-20
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從中國科學院云南天文臺獲悉，該臺研究人員近期詳細研究了太陽系以外行星大氣的流體動力學逃逸問題，并修正了估計行星物質(zhì)損失率的能量限制方程。美國《天體物理學雜志》發(fā)表了這一最新研究成果。
云南天文臺郭建恒研究員介紹，學界觀測和理論發(fā)現(xiàn)，一些系外行星經(jīng)歷著大氣逃逸。大氣逃逸可影響行星的組成、分布和演化等。行星大氣的物質(zhì)損失率是表征大氣逃逸的一個重要物理量。行星受到主星強烈的X射線和極紫外線輻射，其大氣會被加熱后膨脹，從而克服行星的引力勢而逃逸，并伴有持續(xù)的物質(zhì)損失。逃逸的粒子還具有一定的動能和熱能，單位時間內(nèi)逃出的粒子質(zhì)量被稱為物質(zhì)損失率。假設(shè)加熱大氣的能量全部用來克服行星的引力勢，可以推導出估計行星物質(zhì)損失率的能量限制方程。準確地估計行星的物質(zhì)損失率，對行星的形成演化及大樣本型組合成的研究具有非常重要的意義。
在郭建恒研究員指導下，該臺研究生閆冬冬等人利用大氣逃逸的一維流體動力學模型，研究了近450個系外行星系統(tǒng)，給出了流體動力學的物質(zhì)損失率、加熱效率和極紫外線特征吸收半徑。在此基礎(chǔ)上，還與能量限制方程的物質(zhì)損失率作了比較。
他們發(fā)現(xiàn)，當行星接收的極紫外線輻射流量或物質(zhì)損失率高于一定值時，能量限制方程估計的物質(zhì)損失率，要比流體動力學模型給出的物質(zhì)損失率高，也就是說高估了物質(zhì)損失率。在能量限制方程中考慮逃逸粒子的動能和熱能變化后，能量限制方程的物質(zhì)損失率和流體動力學的基本一致。這是因為隨著行星引力勢與X射線和極紫外線輻射的積分流量乘積的增加，粒子動能與熱能變化的和將逐漸增加，才能與行星的勢能變化可比擬。
 

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