哈勃發現遙遠行星以創紀錄的速度消失！

行星圍繞各自熾熱恆星運行的速度和距離可以決定每顆行星的命運——這顆行星是作為太陽系長期存在的一部分，還是更快地蒸發到宇宙的黑暗墓地。天文學家在探索太陽系以外遙遠行星的過程中，發現了一顆大約和海王星一樣大的中等大小行星gj3470b，其蒸發速度是之前發現同樣大小行星gj436b的100倍。2018年12月13日發表在《天文學與天體物理學》(journal of Astronomy & Astrophysics)上的這些發現，提高了天文學家對行星如何演化的認識。這是確鑿的證據，證明行星可能會失去相當大一部分質量。GJ 3470b正在失去的質量比我們目前看到的任何其他行星都要多。

博科園-科學科普：布隆伯格大學的傑出教授、這項研究的作者之一大衛·辛說：從現在起，再過幾十億年，地球的一半可能就會消失。這項研究是泛色系系外行星庫(pancolor Comparative Exoplanet Treasury，簡稱PanCET)項目的一部分，該項目由Sing牽頭，旨在測量20顆系外行星在圍繞恆星運行時的紫外、可見光和紅外光的大氣層。潘賽特是美國宇航局哈勃太空望遠鏡運行的最大的外行星觀測項目。天文學家特別感興趣的一個問題是行星如何通過蒸發失去質量。像「超級」地球和「高溫」木星這樣的行星，它們的軌道更靠近它們的恆星，因此也更熱，導致它們大氣層的最外層被蒸發吹走。

插圖顯示了一個巨大的氫雲從一顆溫暖的、海王星大小的行星上流出，這顆行星距離地球只有97光年。這顆系外行星與它的恆星gj3470相比很小。這顆恆星強烈的輻射正在加熱這顆行星上層大氣中的氫，使其進入太空。這個外星世界正在以比之前觀測到的溫暖的海王星快100倍的速度失去氫，海王星的大氣層也在蒸發。圖片：NASA, ESA, and D. Player (STScI)

雖然這些較大的、木星大小和較小的地球大小的系外行星數量很多，但中等海王星大小的系外行星(大約是地球的四倍大)卻很少。研究人員假設這些海王星的大氣層被剝離，最終變成更小的行星。然而由於只能在紫外光下研究它們，因此很難積極地觀察到它們的活動，這就限制了研究人員只能觀測距離地球不超過150光年、不被星際物質遮擋的附近恆星。GJ 3470b距離我們96光年，繞著一顆紅矮星在巨蟹座的大致方向上運行。在這項研究中，哈勃發現與第一個被研究的海王星大小的系外行星GJ 436b相比，系外行星GJ 3470b失去的質量要大得多，其外逸層也要小得多，這是因為它的密度更低，而且受到了來自其主恆星的更強輻射衝擊波的影響。

由於gj3470b密度較低，它無法靠引力依附於熾熱的大氣層，而承載gj436b的恆星年齡介於40億至80億歲之間，而承載gj3470b的恆星只有20億歲，一顆年輕的恆星更加活躍和強大，因此有更多的輻射來加熱行星的大氣層。Sing的團隊估計GJ 3470b可能已經失去了其總質量的35%，而且在幾十億年後，它所有的氣體可能被剝離，只留下一個岩石內核。能開始更好地理解行星是如何形成的，以及行星的哪些屬性會影響它們的整體構成，這項研究的目標和PanCET項目的首要目標是全面觀察這些行星的大氣層，以確定每個行星如何受到自身環境的影響。

這張圖表根據系外行星的大小和離恆星的距離繪製了它們的圖形。每個點代表一顆系外行星，木星大小的行星(位於圖的頂部)和地球大小的行星以及所謂的超級地球(位於圖的底部)都是在離恆星近和遠的地方發現的。但是像海王星一樣大的行星(在圖中央)在它們恆星附近是罕見的。這個所謂的熱海王星沙漠表明，這樣的外星世界是罕見的，或者曾經豐富，但後來消失了。GJ 3470b是位於沙漠邊緣的一顆溫暖的海王星，探測到它的大氣層正在迅速消失，這表明更熱的海王星可能已經被侵蝕成更小的岩石超級地球。圖片：NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

通過比較不同的行星，可以開始拼湊出它們如何演化的更大圖景。展望未來，Sing和他的團隊希望通過在紅外光中尋找氦來研究更多的系外行星，這將比在紫外光中尋找氫有更大的搜索範圍。目前行星主要由氫和氦組成，只能通過紫外線追蹤氫來研究。利用哈勃望遠鏡，即將問世的NASA詹姆斯韋伯太空望遠鏡(它將對氦有更大的靈敏度)，以及最近發現的一種名為「卡美尼」的新儀器，天文學家將能夠擴大對遙遠行星的探索範圍。

博科園-科學科普｜研究/來自： 約翰霍普金斯大學

參考期刊文獻:《天文學和天體物理學》

DOI: 10.1051/0004-6361/201833675

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