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我们看到氦从一个岩石系外行星的气氛中蒸发

Ars Technica2026年7月16日 18:00

在空中如果这个大型岩石行星正在失去氦气,那么我们可以推断剩下的是什么。宇宙中的大部分气体是氢和氦的混合物。据信,大多数行星的初始气氛也是这样。然而,经过数十亿年,随着行星的发展,它们的气氛成分可能会发生变化。氢可以与其他化学物质发生反应,而氢和氦都可能被损失到太空中。金星、地球和火星被认为拥有第二气氛,它们原始的氢/氦外围已经流失和/或转变。气体损失的动力学是复杂的。较轻的元素更容易流失,但氢可以通过被纳入甲烷和氨等分子中而得到保护。天体的引力可以帮助保留一些分子,磁场可以限制辐射将物质从气氛中冲击出去的能力。距离恒星的近远也会影响这一切,因为这不仅与它产生的辐射有关,还因为它可以加热气氛并扩展到引力影响不那么显著的区域。考虑到所有这些复杂因素,了解系外行星上可能发现的情况可能非常困难。然而,在周三的《自然》期刊中发表的一项研究描述了对位于LHS 1140星(距离地球约50光年)的一个系外行星的氦气流失的观测。根据氦气流失的速度,我们可以推断出剩下的气氛信息。也许一层气氛?LHS 1140a是一颗红矮星,周围有两个已知的行星。它们当中之一,LHS 1140c,靠近这颗恒星,完成一圈轨道的时间少于四天,并接收到比地球从太阳接收到的辐射多五倍。此外,第二颗行星LHS 1140b距离恒星要远得多,完成一圈轨道需要近25天。这使得它比水星离太阳近得多。由于LHS 1140a是一颗微弱的恒星,这意味着它从其恒星接收到的光少于地球的一半。如果所有这些光都温暖了行星,它的表面就足够温暖,能够存在液态水。我们通过观察LHS 1140b对其主恒星的引力影响以及从地球的视角观察它在恒星前面的过境,追踪了它的数据。该数据表明它的质量约为地球的五点五倍,半径为地球的1.7倍。这与大致相似的地球成分相符,包含大量岩石材料和/或大量水和/或气氛(具体数量取决于铁的多少)。我们不确定LHS 1140b是否有气氛,更不用说它的成分了。我们知道这个系统至少已经存在了30亿年,这给气氛提供了充足的演变时间。红矮星也容易出现爆发,对外发出大量能量辐射,而这些行星也经历了很多这样的事件。基于此,美国的研究团队在LHS 1140b环绕其主恒星运动时搜索氦气。来来往往成像系外行星气氛很困难,因为主恒星的光穿透它们的数量相对于直接从恒星到达地球的光来说微乎其微。观察红矮星改善了情况,因为整体光线较少,同时这些小恒星相对较大的行星更容易观察。因此,观察一颗有两个已知行星的红矮星成为了一个很有吸引力的目标。为此,研究人员使用了一台附在位于阿塔卡马沙漠的拉斯坎帕纳斯天文台的望远镜上的近红外成像设备。图像记录了LHS 1140b和LHS 1140c在日凌前、日凌中和日凌后的情况,以及它们在轨道上其他位置时拍摄的图像。LHS 1140c的日凌期间没有显示氦气,但在LHS 1140b的日凌前后都有出现。氦气信号在行星的半径之外延伸,研究人员认为这是LHS 1140b具有氦气前导和拖尾的迹象。(虽然对应于行星轨道后方漂流的尾巴直观上是合理的,但也可能观察到磁性交互和恒星风促进其他系统中前导尾的形成。)研究人员将这些尾巴解释为氦气当前正被恒星产生的高能辐射驱赶出气氛的迹象。他们通过使用X射线成像卫星XMM-牛顿对该恒星的观测证实了这一点。他们估计,目前氦气的流失量约为每秒100,000千克,比较接近起初占行星总质量1.5%气氛的流失率。由于红矮星在其早期年代的活动更为活跃,所以在某些时候它们的流失率甚至可能更高。尽管如此,在T时氦气的流失并未被检测到。

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