太陽系外是否存在像地球這樣可以居住的行星？在回答這個問題之前，科學(xué)家首先要搞清楚，這個行星是否具有可宜居性，而大氣是否長期存在頗為關(guān)鍵。若行星發(fā)生大氣逃逸，會變得像火星這樣荒涼，不適宜生命居住。因此研究不同物理機(jī)制驅(qū)動下的行星大氣逃逸過程尤為重要。我國科研人員巧妙使用恒星行星系統(tǒng)的基本物理參數(shù)，對行星大氣的逃逸機(jī)制做出清晰的判定和分類，推進(jìn)了人們對行星大氣逃逸的認(rèn)識，為下一步研究行星可宜居性和行星大氣演化過程提供了理論依據(jù)。這一研究成果5月9日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·天文學(xué)》上。

行星大氣逃逸機(jī)制科學(xué)示意圖。（中國科學(xué)院云南天文臺供圖）

論文作者、中國科學(xué)院云南天文臺郭建恒研究員介紹，圍繞著恒星公轉(zhuǎn)的行星的大氣可能會因?yàn)槎喾N原因離開行星進(jìn)入太空。其中，上層大氣以整體的行為猛烈離開行星的方式被稱為流體大氣逃逸。流體大氣逃逸在太陽系行星的早期可能發(fā)生，如今這種猛烈的逃逸方式在地球等行星中已不復(fù)存在。然而通過空間和地面望遠(yuǎn)鏡觀測發(fā)現(xiàn)，流體逃逸在一些離宿主恒星很近的系外行星上一直存在，不僅改變了行星的質(zhì)量，還影響了行星的氣候和宜居環(huán)境。

研究發(fā)現(xiàn)，低質(zhì)量系外行星的流體大氣逃逸可以由行星內(nèi)能、恒星潮汐力拉拽或恒星的極端紫外輻射加熱單獨(dú)或共同驅(qū)動。在該項(xiàng)研究之前，研究人員需要依賴復(fù)雜的模型來判斷一顆行星上的流體逃逸究竟是由哪種物理機(jī)制驅(qū)動，且得到的最終結(jié)論往往并不明確。借助郭建恒主導(dǎo)的這項(xiàng)研究成果，僅使用恒星和行星的基本物理參數(shù)，如質(zhì)量、半徑和軌道距離等就可對低質(zhì)量行星流體大氣逃逸機(jī)制做出分類。

郭建恒說，在那些低質(zhì)量和大半徑的行星上，若行星有足夠的內(nèi)能或較高溫度，便可驅(qū)動大氣逃逸。研究發(fā)現(xiàn)使用經(jīng)典的金斯參數(shù)，即行星內(nèi)能和勢能的比值，就可對上述逃逸是否發(fā)生做出判斷；對于內(nèi)能無法驅(qū)動大氣逃逸的行星，該研究通過引入恒星的潮汐力，定義了一個改進(jìn)的金斯參數(shù)。“通過它，我們就能對恒星潮汐力和極端紫外輻射在驅(qū)動大氣逃逸上的角色進(jìn)行區(qū)分。”

《自然·天文學(xué)》多位審稿人評價，研究者提出了一個簡單新穎的方法來判斷大氣逃逸類別并將其系統(tǒng)化，對了解系外行星的星族統(tǒng)計具有重要意義。隨著人類對宇宙中其他潛在宜居行星的探索不斷深入，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)將幫助我們更好理解這些遙遠(yuǎn)世界的環(huán)境和演變歷程。（記者 嚴(yán)勇）