云南天文台系外行星大气逃逸研究获进展

　　中国科学院云南天文台研究生闫冬冬及其导师郭建恒等详细研究了系外行星大气的流体动力学逃逸，并修正了估计行星物质损失率的能量限制方程。近期，美国《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）发表了他们的最新研究成果。

　　观测和理论发现一些系外行星经历着大气逃逸。大气逃逸可以影响行星的组成、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（XUV）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。该方程指出物质损失率正比于行星接收到的XUV辐射流量与行星平均密度的比值，并且与行星大气的加热效率和XUV特征吸收半径有关。

　　在该工作中，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XUV特征吸收半径。在此基础上，他们与能量限制方程的物质损失率进行比较。

　　他们发现当行星接收的XUV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，即高估了物质损失率。在能量限制方程中考虑逃逸粒子的动能和热能变化（修正的能量限制方程）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（Fxuv）乘积的增加，粒子动能与热能变化的和将逐渐增加，以至于和行星的势能变化可比拟。

　　论文作者给出了能量限制方程的适用性，并提出当XUV辐射流量高于一定值时，需要对能量限制方程进行修正。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。

　　该研究工作得到国家自然科学基金的支持。