10月18日，The Astrophysical Journal（《天體物理雜志》）在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)季江徽研究員課題組與德國(guó)馬普天文研究所Thomas Henning教授、Christoph Mordasini博士等合作成果，給出了系外行星大氣逃逸對(duì)行星族群的整體分布產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，揭示了在Kepler空間望遠(yuǎn)鏡所探測(cè)的候選體在半徑分布中存在顯著的大氣逃逸特征。
在銀河系中，迄今已探測(cè)到1800多顆系外行星。在已發(fā)現(xiàn)的系外行星中，大多數(shù)離中央恒星非常近，其軌道半長(zhǎng)徑甚至小于0.01 AU（公轉(zhuǎn)周期小于1天），這些行星有可能經(jīng)歷了與太陽(yáng)系內(nèi)的行星迥然不同的形成與演化過(guò)程。此外，在如此之近的距離內(nèi)，行星很可能接受到來(lái)自年輕恒星的強(qiáng)烈X-Ray和EUV輻射。恒星輻射不僅會(huì)在行星大氣上層產(chǎn)生一個(gè)比較厚的輻射區(qū)域，還可驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力學(xué)機(jī)制下的逃逸氣流。這已在一些系外行星的觀測(cè)中找到了證據(jù)，如在HD 209458b位于幾個(gè)行星半徑處的大氣上層發(fā)現(xiàn)了氧與碳，這表明在該行星大氣上層發(fā)生著流體動(dòng)力學(xué)逃逸。然而大氣逃逸是否對(duì)更多行星樣本的演化有著重要的影響呢？
在該項(xiàng)國(guó)際合作研究中，研究人員創(chuàng)新地將行星大氣逃逸、行星形成的核吸積模型與行星的熱演化結(jié)合起來(lái)，模擬了整個(gè)行星族群從星子誕生到最終階段的整個(gè)演化過(guò)程，并著重分析了大氣逃逸對(duì)行星族群整體分布的影響，探討了所產(chǎn)生的大氣逃逸特征與大氣模型相關(guān)的物理參數(shù)的關(guān)系。研究人員發(fā)現(xiàn)由于行星大氣逃逸的存在，導(dǎo)致位于兩個(gè)地球半徑附近的行星數(shù)目明顯減少（圖1），即形成所謂的“大氣逃逸谷”。通過(guò)與計(jì)算結(jié)果的比較，研究人員還發(fā)現(xiàn)Kepler候選體的半徑分布特征可用大氣逃逸來(lái)解釋（圖2），排除了不含大氣逃逸的模型及加熱效率為100%的大氣逃逸模型。
該工作的第一作者是紫金山天文臺(tái)晉升博士，合作者包括其導(dǎo)師季江徽研究員，以及德國(guó)馬普天文所與法國(guó)藍(lán)色海岸天文臺(tái)的研究人員。該項(xiàng)研究工作得到了中國(guó)科學(xué)院行星科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院天文戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、中國(guó)科學(xué)院新興與交叉學(xué)科布局項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等的資助。
圖1 由于行星大氣逃逸的存在，位于兩個(gè)地球半徑附近的行星數(shù)目明顯減少，形成 “大氣逃逸谷”（圖中黑色點(diǎn)表示行星大氣層被完全剝離的行星）。
圖2 行星族群的一維半徑分布（紅線）與Kepler候選體的比較（虛線）。未考慮大氣逃逸的NoEV算例與具有100%加熱效率的B04算例與Kepler候選體的半徑分布明顯不符。
