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最近，天文學家有幸目睹了一場宇宙間的特別事件：一顆恒星正用它強大的輻射，逐漸剝離它的一顆行星的大氣層。這個過程非常不穩(wěn)定，就像恒星有時會發(fā)脾氣，對行星發(fā)泄它的怒火，有時又會平靜下來。
文 | 陳強
離我們太陽系大約 32 光年的地方，有一顆名為 AU Mic 的紅矮星。雖然紅矮星比我們的太陽更小和更暗，但研究表明，即使是最安靜的紅矮星，也比太陽更狂野。更麻煩的是，AU Mic 還是一顆年輕的恒星，年齡大約為 230 萬年，充滿了活力?？梢哉f，AU Mic 是一顆年輕愛發(fā)脾氣的紅矮星。
而在 AU Mic 的周圍，有一顆直徑是地球 4 倍左右的行星圍繞著它。這顆行星叫做 AU Mic b，它離自己的恒星非常近，只有大約 9 萬千米。最近，天文學家借助凌星現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，在恒星強烈輻射的作用下，AU Mic b 有一團大氣物質(zhì)被剝離了出來。
強烈輻射導(dǎo)致大氣逃逸
當一顆系外行星從它的恒星和我們之間經(jīng)過時，它會遮擋一部分恒星的光線，導(dǎo)致我們觀測到的恒星亮度發(fā)生輕微減弱。這種現(xiàn)象就叫做“凌星”。通過對這種輕微光變的探測，天文學家就可以推知系外行星的存在和一些基本參數(shù)，如大小、軌道、周期等。
在 2020 年，天文學家就利用了凌星現(xiàn)象首次發(fā)現(xiàn)了 AU Mic b。不過，當時天文學家使用的望遠鏡是美國航空航天局的斯皮策空間望遠鏡和凌星系外行星巡天衛(wèi)星?，F(xiàn)在，借助哈勃空間望遠鏡，天文學家對 AU Mic 系統(tǒng)有了新發(fā)現(xiàn)。
這次，天文學家看到的不僅僅是普通的凌星現(xiàn)象，數(shù)據(jù)顯示，還有一些物質(zhì)也造成了恒星亮度變暗，且變暗的幅度超過了正常水平。而且，這種物質(zhì)似乎位于行星運動軌道的前方，與行星相距甚遠。因此，這導(dǎo)致了 AU Mic b 凌星的時間比預(yù)期提前了很多，而恒星亮度以一種不尋常的形式發(fā)生變化。
天文學家第一次拿到數(shù)據(jù)時，以為肯定是哪里弄錯了。但他們無論用多少種不同的方法重新分析，結(jié)果都是一樣的。這究竟是怎么回事呢？天文學家認為，他們看到的是一團行星大氣物質(zhì)擺脫了引力束縛，離開了行星核心。也就是說，行星大氣層有一部分“被吹走了”。天文學家推測，紅矮星產(chǎn)生的超高能量的耀斑，使得這顆行星大氣發(fā)生了逃逸。它產(chǎn)生的耀斑強度，相當于我們太陽的 1000 多倍。
更奇怪的是，這個過程并不穩(wěn)定：恒星有時會發(fā)脾氣，對行星發(fā)泄它的怒火，剝離部分大氣物質(zhì)，有時又會平靜下來。天文學家認為，AU Mic 產(chǎn)生的恒星風可能在與行星大氣層相互作用時造成湍流，導(dǎo)致了這種打嗝般的大氣逃逸現(xiàn)象。
有趣的是，天文學家還對這顆行星在數(shù)十億年后可能的模樣，做出了預(yù)測：如果這顆行星的大氣層被完全剝離了，那么剩下的將是赤裸裸的巖石核，它最終看起來可能會像水星；但如果它能保留它的下層大氣層，我們可能會得到一個類似海王星的行星。
最普通的行星揭示天體演化之謎
由于恒星劇烈的活動而導(dǎo)致周圍行星的大氣發(fā)生逃逸，這種現(xiàn)象并不是什么新鮮事。但這次觀測之所以新穎，是因為這是天文學家第一次在一個普通的行星上見證了這種大氣逃逸現(xiàn)象。
以前，天文學家只在一些被稱為“熱木星”的行星上觀測到過大氣逃逸現(xiàn)象。這種行星有點像木星，只不過非常非常熱，因為它們離恒星很近。但問題是，它們是我們銀河系中最稀有的系外行星之一。天文學家表示，使用熱木星的信息來了解其他行星系統(tǒng)的演化，就像是“用一個經(jīng)濟富裕的人的經(jīng)歷來推斷中產(chǎn)階級的經(jīng)歷”。這樣做是不準確的。
而 AU Mic b 的特別之處在于，它根本不特別。它所圍繞的恒星還是一顆紅矮星，而紅矮星是銀河系中最常見的恒星類型。這個發(fā)現(xiàn)讓我們了解了在一個最普通的行星系統(tǒng)中，行星的大氣逃逸是什么樣的。
大氣逃逸是影響系外行星演化的關(guān)鍵因素之一。它可以改變行星的溫度、壓力、化學成分和生命可能性。所以說，這個發(fā)現(xiàn)不僅讓我們了解了大氣逃逸的機制，還有助于揭示這些遙遠世界的歷史和未來。此外，這個發(fā)現(xiàn)可以讓天文學家更深入地了解紅矮星的特征，以及它們與我們太陽或其他恒星有何異同。
接下來，天文學家希望能利用哈勃空間望遠鏡以及更先進的詹姆斯?韋伯空間望遠鏡，更細致地研究那些能“打嗝”出大氣物質(zhì)的系外行星。
參考文獻：
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ace536
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