Различные движущие механизмы, влияющие на гидродинамические побеги на экзопланетах малой массы. Фото: Китайская академия наук / Го Цзяньхэн.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy и проведенное Го Цзяньхэном из Юньнаньской обсерватории Китайской академии наук, предлагает взгляд на бурные процессы выхода из атмосферы маломассивных экзопланет, в частности на процесс, известный как гидродинамический выход.
Он раскрывает различные движущие механизмы, влияющие на гидродинамические утечки, и предлагает новый метод классификации для понимания этих процессов утечки.
Экзопланеты, которые относятся к планетам за пределами нашей Солнечной системы, являются популярным предметом астрономических исследований. Атмосферы этих планет могут покидать планету и выходить в космос по разным причинам. Одной из таких причин является гидродинамический выход, то есть процесс ухода верхних слоев атмосферы с планеты в целом. Этот процесс гораздо более интенсивен, чем ускользание поведения частиц, наблюдаемое на планетах Солнечной системы.
Гидродинамический выход атмосферы мог произойти на ранних стадиях развития планет Солнечной системы. Если бы Земля в то время потеряла всю свою атмосферу в результате гидродинамического побега, она могла бы стать такой же пустынной, как Марс. Теперь этот интенсивный побег больше не происходит на таких планетах, как Земля. Однако космические и наземные телескопы заметили, что гидродинамический побег все еще происходит на некоторых экзопланетах, которые очень близки к своим звездам. Этот процесс не только меняет массу планеты, но также влияет на климат и обитаемость планеты.
В этом исследовании Го Цзяньхэн обнаружил, что гидродинамический выход экзопланет малой массы из атмосферы может быть вызван либо исключительно, либо совместно внутренней энергией планеты, работой, совершаемой приливными силами звезды, или нагревом экстремального ультрафиолетового излучения звезды.
До этого исследования исследователям приходилось полагаться на сложные модели, чтобы выяснить, какой физический механизм вызвал утечку жидкости на планете, и выводы часто были неясными. В этом исследовании было высказано предположение, что простое использование основных физических параметров звезды и планеты, таких как масса, радиус и орбитальное расстояние, может классифицировать механизмы гидродинамического ухода с планет малой массы.
На планетах с малой массой и большим радиусом достаточная внутренняя энергия или высокая температура могут привести к выходу из атмосферы. Это исследование показало, что использование классического параметра Джинса (отношения внутренней энергии планеты к потенциальной энергии) может определить, произойдет ли вышеупомянутый побег.
Для планет, внутренняя энергия которых не может вызвать выход из атмосферы, Го Цзяньхэн определил обновленный параметр Джинса, введя приливные силы со стороны звезд. Благодаря обновленному параметру Джинса можно легко и точно определить роль приливных сил звезды и крайнего ультрафиолетового излучения в высвобождении атмосферы.
Кроме того, это исследование показало, что планеты с высоким гравитационным потенциалом и низким звездным излучением с большей вероятностью испытают медленный гидродинамический выход из атмосферы; в противном случае планета в первую очередь подвергнется быстрой утечке жидкости.
Результаты этого исследования проясняют, как атмосфера планеты развивается с течением времени, что важно для изучения эволюции и происхождения маломассивных планет и может помочь лучше понять историю обитаемости и эволюции этих далеких миров.
Информация от: Китайской академией наук
