研究发现许多行星可能拥有富含氦气的大气层

几个世纪以来，没有人知道我们在宇宙中是否是孤独的——或者是否还有其他像我们一样的行星。但是多亏了过去几十年新的望远镜和方法，我们现在知道有成千上万的行星在遥远的恒星周围盘旋，它们的形状和大小各不相同——大的和小的，岩石的和气态的，多云的或冰冷的或湿。

芝加哥大学、密歇根大学和马里兰大学的科学家进行的一项研究提出了另一个名单：具有氦气大气层的行星。此外，这一发现可能表明我们对行星演化的理解迈出了新的一步。

他们的模拟发现，随着时间的推移，氦气很可能会在某些类型的系外行星的大气层中积累。如果得到证实，这将解释长达数十年的关于这些系外行星大小的谜题。

芝加哥大学天体物理学家莱斯利罗杰斯说：“那里有许多奇怪而奇妙的系外行星，这一发现不仅增加了一种新行星，而且可能对理解行星的演化和形成具有重要意义。”发表在NatureAstronomy上的新论文的作者。

方圆谷之谜

我们花了很长时间才找到遥远的行星，因为即使是最大的行星也远远不及它们环绕的恒星。因此，科学家们想出了一种巧妙的方法来发现它们：当一颗行星从恒星前面经过时，通过寻找恒星光线的倾角。这告诉你这个星球有多大。

现在我们知道行星非常普遍。事实上，据我们目前所知，至少有一半像我们的太阳这样的恒星至少有一颗行星大小介于地球和海王星之间，并且绕着恒星运行非常近。据推测，这些行星的大气层含有大量的氢和氦，这些氢和氦是在行星最初由恒星周围的气体和尘埃形成时收集的。

但是当科学家们查看这些行星的数量时，他们注意到了一些奇怪的事情——行星被分成了两个种群。一组大约有一个半地球那么大，一组是地球的两倍或更大，但介于两者之间的几乎没有。

两个行星群之间的差距被称为“半径谷”，这是该领域争论不休的问题。科学家们认为答案将帮助我们了解这些行星和其他行星是如何随着时间的推移形成和演化的。

一些人提出对这种差距的解释可能与行星的大气层有关。作为一颗靠近你的恒星的行星很难;你不断地受到X射线和紫外线的轰击，这可能会剥夺你的大气层。

“例如，也许较小的一组行星完全失去了大气层，只是作为岩石核心存在，”该研究的第一作者艾萨克马尔斯基说，他是一名博士。密歇根大学的学生，他在芝加哥大学的本科论文中首先开始与罗杰斯探讨这个问题。

包括罗杰斯和马尔斯基在内的一个团队决定更仔细地研究这种被称为大气逃逸的现象。

他们根据我们掌握的关于行星的数据和物理规则创建了模型，以便更全面地了解热量和辐射将如何影响行星大气层。然后他们创造了70,000颗模拟行星——改变行星的大小、它们绕行的恒星类型以及大气温度——并模拟它们随着时间的推移会发生什么。

该团队发现，数十亿年后，行星大气中的氢可能比氦逸出得更快。“氢的原子质量较低，因此更容易剥离，”Malsky解释说。

随着时间的推移，这会导致氦气的积累——模拟表明氦气可能占大气质量的40%或更多。

望远镜确认

该团队提出了一种通过观察来确认其结果的方法。最近发射的詹姆斯韦伯太空望远镜和其他强大的望远镜可以读取大气元素及其数量。望远镜可以检查其中一些行星的大气中是否存在异常大量的氦气。

如果这个理论是正确的，那么这些大气层富含氦气的行星在较大半径行星群的低端应该特别常见，因为当行星的大气层逐渐被剥离时，氦气会随着时间的推移开始收缩而增加。

马尔斯基解释说，这两个截然不同的行星大小群的产生是因为即使是少量的氦气和氢气也会形成非常蓬松的大气层，从而显着扩大行星的半径。如果它们还剩下任何大气层，它们将属于半径较大的组;如果它消失了，他们将在较小半径的组中。

这些行星中没有一颗被认为是适合生命存在的候选者——它们炙热、受到辐射轰击，而且大气层可能处于非常高的压力下。

但科学家们解释说，提高我们对驱动行星形成过程的理解可以帮助我们更好地预测那里还有什么其他行星以及它们的样子，以及指导寻找更适合居住的行星。

罗杰斯说：“更好地了解这一群体可以告诉我们很多关于亚海王星大小行星的起源和演化的信息，这显然是行星形成过程的共同结果。”