哈勃太空望远镜观测到蒸发的行星打嗝

　　这位艺术家的插图显示了一颗行星(黑色剪影)从红矮星AU Microscopii前面经过。这颗行星非常靠近爆发的恒星，猛烈的恒星风和炽热的紫外线辐射正在加热这颗行星的氢气大气层，导致它逃逸到太空中。这颗行星的直径是地球的四倍，它正在慢慢蒸发它的大气层，沿着它的轨道直线延伸。这个过程最终可能会留下一个岩石内核。这幅插图是基于哈勃太空望远镜的测量结果。鸣谢:uux.cn/美国航天局、欧空局和约瑟夫·奥姆斯特德(STScI)

　　据美国宇航局：一颗年轻的行星围绕着一颗任性的红矮星旋转，一圈一圈地以不可预测的方式变化着。它离母恒星如此之近，以至于它经历了持续不断的能量爆发，蒸发了它的氢大气层——导致它从行星上喷出来。

　　但在美国宇航局的哈勃太空望远镜观测的一个轨道上，这颗行星看起来没有失去任何物质，而一年半后哈勃观测的轨道显示出大气损失的明显迹象。

　　轨道之间的极端可变性震惊了天文学家。新罕布什尔州汉诺威达特茅斯学院的Keighley Rockcliffe说:“我们从未见过当一颗行星从它的恒星前面经过时，大气逃逸在这么短的时间内从完全不可探测到变成非常可探测到。”“我们真的期待一些非常可预测、可重复的东西。但结果很奇怪。当我第一次看到这个的时候，我想‘这不可能是对的。’"

　　罗克克利夫同样困惑地看到，当它被探测到时，行星的大气层在行星前面膨胀，就像一列快速行驶的火车上的前灯。“这种坦率而奇怪的观察有点像行星进化的建模和物理学的压力测试案例。这一观察非常酷，因为我们开始探索恒星和行星之间的这种相互作用，这确实是最极端的情况，”她说。

　　距离地球32光年的母星AU Microscopii (AU Mic)拥有一个迄今为止观测到的最年轻的行星系统。这颗恒星的年龄不到1亿岁(是我们太阳年龄(46亿岁)的很小一部分)。最里面的行星AU Mic b的轨道周期为8.46天，距离恒星仅600万英里(约为水星距离太阳的1/10)。这个膨胀的气态世界大约是地球直径的四倍。

　　AU Mic b于2020年由美国宇航局的斯皮策和TESS(凌日系外行星调查卫星)太空望远镜发现。它是通过凌日方法发现的，这意味着当行星从它面前穿过时，望远镜可以观察到恒星亮度的轻微下降。

　　像AU Microscopii这样的红矮星是我们银河系中最丰富的恒星。因此，它们应该是我们银河系中大多数行星的宿主。但是像AU Mic b这样围绕红矮星运行的行星能适合生命存在吗？一个关键的挑战是，年轻的红矮星有凶猛的恒星耀斑爆发毁灭性的辐射。这一高度活跃期比像太阳这样的恒星持续的时间要长得多。

　　耀斑是由强烈的磁场驱动的，这些磁场被恒星大气的翻滚运动所缠绕。当纠缠变得过于激烈时，场会断裂并重新连接，释放出巨大的能量，比我们的太阳在爆发时释放的能量多100到1000倍。这是一场猛烈的焰火表演，狂风、耀斑和X射线摧毁了任何靠近恒星的行星。“这创造了一个真正不受约束的，坦率地说，可怕的恒星风环境，影响着地球的大气层，”罗克克利夫说。

　　在这种炎热的条件下，在恒星诞生的前一亿年内形成的行星应该经历了最多的大气逃逸。这最终可能会彻底剥夺一颗行星的大气层。

　　“我们想找出哪种行星能够在这些环境下生存。当明星落定后，他们最终会是什么样子？最终会有适合居住的机会吗，或者它们最终会变成烧焦的行星吗？”罗克克利夫说。“它们最终会失去大部分大气层，幸存的核心变成超级地球吗？我们真的不知道那些最终的成分是什么样的，因为我们的太阳系中没有这样的东西。”

　　虽然恒星的眩光使哈勃无法直接看到这颗行星，但望远镜可以测量恒星表观亮度的变化，这种变化是由氢气从行星中释放出来并在行星经过恒星时使星光变暗引起的。大气中的氢被加热到脱离地球引力的程度。

　　AU Mic b大气流出量前所未见的变化可能表明宿主红矮星爆发的快速和极端可变性。有如此多的可变性是因为这颗恒星有许多旋转的磁力线。在行星的一次凌日过程中，氢的丢失可能是因为7小时前看到的强大的恒星耀斑，可能已经将逃逸的氢光电离到对光透明的程度，因此无法检测到。

　　另一种解释是，恒星风本身正在塑造行星外流，使其在某些时候可观测到，而在其他时候不可观测到，甚至导致一些外流在行星本身之前“打嗝”。研究人员说，这在一些模型中得到了预测，比如加州大学圣克鲁斯分校的约翰·麦肯和露丝·默里-克莱的模型，但这是第一种观察到的证据，表明这种情况正在发生，而且达到了如此极端的程度。

　　哈勃望远镜对更多AU Mic b凌日的后续观测将为恒星和行星的奇怪变化提供更多线索，进一步测试系外行星大气逃逸和演化的科学模型。

　　洛克克利夫是《天文学杂志》上发表的科学论文的第一作者。

　　哈勃太空望远镜是美国宇航局和欧洲航天局之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责管理这台望远镜。位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃太空望远镜的科学操作。STScI由位于华盛顿特区的大学天文学研究协会为美国航天局运作。