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為什麼我們看不到很多大的系外行星﹖
有些外行星的大氣正在不斷地消失﹐而且不是被它們的恆星吹走﹐而是由它們自己的核動力推動。這種神奇的現象可能揭示了行星的形成和演化的秘密﹐也可能幫助我們尋找更多可能存在生命的行星。
一些太陽系以外行星的大氣正在洩漏到太空中﹐天文學家於11月15日報告稱。而這些行星的大氣並非如人們可能期望的那樣被它們的恆星的猛烈風吹走﹐而是由它們自己的作用造成。由於太陽使地球大氣受熱﹐每天約有90噸地球的保護層﹐負責保護生命被認為逃逸到太空中。然而﹐以這種超級緩慢的速率﹐科學家認為要完全剝奪我們的行星大氣至少需要15000億年。所以在這方面沒有什麼可擔心。
但是一些外行星﹐特別是一些比地球大但比海王星小的行星﹐實際上是通過一種被稱為「核動力質量流失」的過程從內部推動它們的大氣﹐一項新研究發現的。據信﹐這種機制能夠使一顆蓬鬆的亞海王星行星縮小到一個岩石質的超級地球。有了這些信息﹐天文學家表示﹐他們現在有足夠的數據來解釋為什麼他們看不到很多大小約為地球的1.5到2倍的外行星。這是超級地球和亞海王星之間的黃金點。
「外行星科學家現在有足夠的數據來說﹐這個間隙不是偶然的﹐」加州理工學院的科學家說。「有一些事情正在阻止行星達到和/或保持這個大小。」研究團隊懷疑「某些事物」是來自這些亞海王星行星深處的輻射﹐具體來說是它們的熱核﹐推動大氣逃逸。「那種輻射是從下面對大氣施加的﹐」科研人員說。
核動力質量流失是一種行星大氣逃逸的機制﹐它與行星的內部結構和溫度有關。當行星的核心足夠熱時﹐它會產生足夠的壓力來抵消大氣的重力。這樣大氣就可以從行星表面逸出﹐形成一個蒸汽尾巴。這種過程與恆星的距離無關﹐因此即使行星遠離恆星也可能發生核動力質量流失。對於這些亞海王星行星的另一種(但不太可能的)理論是一種被稱為光致蒸發的現象﹐其中行星的大氣由於恆星輻射而被吹走﹐就像「吹著冰塊的吹風機一樣」。然而﹐這可能不是解決這個謎團的辦法﹐因為這個過程被認為發生在行星誕生的前1億年內﹐而新研究分析了年齡更大的亞海王星。
光致蒸發是一種行星大氣逃逸的機制﹐它與行星與恆星的距離和恆星的活動有關。當行星靠近恆星時﹐它會受到恆星的紫外線和X射線的照射﹐這會使大氣分子被電離並獲得足夠的能量來逃逸重力。這樣大氣就會被恆星的風吹走形成一個氣體尾巴。這種過程在行星形成的早期最為強烈﹐因為恆星的活動更高而行星的大氣更薄。
研究團隊分析了NASA的Kepler 2任務收集的外行星數據﹐這是一次修訂後的外行星搜索努力﹐此前Kepler太空船遇到了一些技術問題。該團隊尋找了繞著兩個星團的恆星運轉的亞海王星﹕普雷塞佩或蜂巢星團﹐擁有約1000顆恆星﹐以及海德斯星團﹐擁有約500顆恆星﹐形成了金牛座「牛頭」部分。它們分別有6億年和8億年的歷史。
星團是由引力相互作用的恆星組成的集合﹐它們通常在同一塊分子雲中形成﹐因此具有相似的年齡和化學成分。星團可以分為兩種類型﹕開放星團和球狀星團。開放星團是由幾十到幾千顆恆星組成的鬆散結構﹐它們通常位於銀河系的盤面上﹐壽命較短﹐因為它們容易受到其他恆星和星際物質的干擾。球狀星團是由幾十萬到幾百萬顆恆星組成的緊密結構﹐它們通常位於銀河系的暈部﹐壽命較長﹐因為它們相對孤立。普雷塞佩星團和海德斯星團都是開放星團的例子﹐它們是最接近地球的星團之一﹐也是最容易觀測的星團之一。
在這個年齡範圍內﹐科學家發現幾乎所有的恆星都有繞著它們運轉的有大氣的亞海王星﹐這表明光致蒸發並沒有發生(否則它們現在就已經完全失去了它們的大氣)。然而﹐在K2的數據庫中﹐年齡超過8億年的恆星中﹐只有25%顯示出繞著它們運轉的亞海王星。由於這些恆星的年齡接近預計核動力質量流失發生的10億年時間範圍﹐新研究認為核推動相關機制很可能是這些行星大氣逃逸的原因。
不管怎樣﹐「如果你沒有足夠的質量﹐你就無法保持﹐大氣就會流失﹐然後收縮下來﹐」科研人員說．
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