行星围绕各自炽热恒星运行的速度和距离可以决定每颗行星的命运——这颗行星是作为太阳系长期存在的一部分，还是更快地蒸发到宇宙的黑暗墓地。天文学家在探索太阳系以外遥远行星的过程中，发现了一颗大约和海王星一样大的中等大小行星gj3470b，其蒸发速度是之前发现同样大小行星gj436b的100倍。2018年12月13日发表在《天文学与天体物理学》(journal of Astronomy & Astrophysics)上的这些发现，提高了天文学家对行星如何演化的认识。这是确凿的证据，证明行星可能会失去相当大一部分质量。GJ 3470b正在失去的质量比我们目前看到的任何其他行星都要多。
博科园-科学科普：布隆伯格大学的杰出教授、这项研究的作者之一大卫·辛说：从现在起，再过几十亿年，地球的一半可能就会消失。这项研究是泛色系系外行星库(pancolor Comparative Exoplanet Treasury，简称PanCET)项目的一部分，该项目由Sing牵头，旨在测量20颗系外行星在围绕恒星运行时的紫外、可见光和红外光的大气层。潘赛特是美国宇航局哈勃太空望远镜运行的最大的外行星观测项目。天文学家特别感兴趣的一个问题是行星如何通过蒸发失去质量。像“超级”地球和“高温”木星这样的行星，它们的轨道更靠近它们的恒星，因此也更热，导致它们大气层的最外层被蒸发吹走。
插图显示了一个巨大的氢云从一颗温暖的、海王星大小的行星上流出，这颗行星距离地球只有97光年。这颗系外行星与它的恒星gj3470相比很小。这颗恒星强烈的辐射正在加热这颗行星上层大气中的氢，使其进入太空。这个外星世界正在以比之前观测到的温暖的海王星快100倍的速度失去氢，海王星的大气层也在蒸发。图片：NASA, ESA, and D. Player (STScI)
虽然这些较大的、木星大小和较小的地球大小的系外行星数量很多，但中等海王星大小的系外行星(大约是地球的四倍大)却很少。研究人员假设这些海王星的大气层被剥离，最终变成更小的行星。然而由于只能在紫外光下研究它们，因此很难积极地观察到它们的活动，这就限制了研究人员只能观测距离地球不超过150光年、不被星际物质遮挡的附近恒星。GJ 3470b距离我们96光年，绕着一颗红矮星在巨蟹座的大致方向上运行。在这项研究中，哈勃发现与第一个被研究的海王星大小的系外行星GJ 436b相比，系外行星GJ 3470b失去的质量要大得多，其外逸层也要小得多，这是因为它的密度更低，而且受到了来自其主恒星的更强辐射冲击波的影响。
由于gj3470b密度较低，它无法靠引力依附于炽热的大气层，而承载gj436b的恒星年龄介于40亿至80亿岁之间，而承载gj3470b的恒星只有20亿岁，一颗年轻的恒星更加活跃和强大，因此有更多的辐射来加热行星的大气层。Sing的团队估计GJ 3470b可能已经失去了其总质量的35%，而且在几十亿年后，它所有的气体可能被剥离，只留下一个岩石内核。能开始更好地理解行星是如何形成的，以及行星的哪些属性会影响它们的整体构成，这项研究的目标和PanCET项目的首要目标是全面观察这些行星的大气层，以确定每个行星如何受到自身环境的影响。
这张图表根据系外行星的大小和离恒星的距离绘制了它们的图形。每个点代表一颗系外行星，木星大小的行星(位于图的顶部)和地球大小的行星以及所谓的超级地球(位于图的底部)都是在离恒星近和远的地方发现的。但是像海王星一样大的行星(在图中央)在它们恒星附近是罕见的。这个所谓的热海王星沙漠表明，这样的外星世界是罕见的，或者曾经丰富，但后来消失了。GJ 3470b是位于沙漠边缘的一颗温暖的海王星，探测到它的大气层正在迅速消失，这表明更热的海王星可能已经被侵蚀成更小的岩石超级地球。图片：NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
通过比较不同的行星，可以开始拼凑出它们如何演化的更大图景。展望未来，Sing和他的团队希望通过在红外光中寻找氦来研究更多的系外行星，这将比在紫外光中寻找氢有更大的搜索范围。目前行星主要由氢和氦组成，只能通过紫外线追踪氢来研究。利用哈勃望远镜，即将问世的NASA詹姆斯韦伯太空望远镜(它将对氦有更大的灵敏度)，以及最近发现的一种名为“卡美尼”的新仪器，天文学家将能够扩大对遥远行星的探索范围。
博科园-科学科普｜研究/来自： 约翰霍普金斯大学
参考期刊文献:《天文学和天体物理学》
DOI: 10.1051/0004-6361/201833675
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