哈勃望远镜观测到蒸发的行星正在打嗝

一颗年轻的行星绕着一颗暴躁的红矮星旋转，它的轨道正在以不可预测的方式变化。它离其母恒星如此之近，以至于它经历了持续的、猛烈的能量爆发，这蒸发了它的氢大气——从而使它脱离了这颗行星。

这幅艺术家的插图显示了一颗行星（黑色轮廓）从红矮星AU Microscopii前面掠过。这颗行星离正在喷发的恒星非常近，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大气，使其逃逸到太空中。这颗行星的直径是地球的四倍，它正在缓慢地蒸发它的大气层，大气层沿着其轨道线性伸展。这个过程最终可能会留下一个岩石核心。插图是基于哈勃太空望远镜的测量结果绘制。
影像来源：NASA, ESA, and Joseph Olmsted (STScI)

但在NASA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。

轨道之间的这种极端变化震惊了天文学家。“我们从未见过在如此短的时间内，当一颗行星掠过其恒星前方时，大气逃逸从完全不可探测到转变为非常可探测到。”新罕布什尔州汉诺威市达特茅斯学院的凯利·罗克克里夫说。“我们真的期待着一些非常可预测、可重复的事情。但事实证明这很奇怪。当我第一次看到这个时，我想’这不可能是正确的’。”

这些耀斑是由恒星大气的剧烈运动所纠缠的强磁场提供动力。当纠缠变得过于强烈时，磁场会断裂并重新连接，释放出大量的能量，其能量是太阳爆发时释放的能量的100到1,000倍。这是一场猛烈的烟花表演，狂风、耀斑和X射线炸开了任何围绕恒星运行的行星。“这创造了一个非常不受约束、坦率地说是可怕的恒星风环境，影响着行星的大气层。”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。”

“我们想找出什么样的行星可以在这样的环境中生存。当恒星落下来时，它们最终会是什么样子？最终是否有可能适合居住，或者它们最终会变成烧焦的行星？”罗克克利夫说。“它们最终会失去大部分大气层，幸存下来的地核会变成超级地球吗？我们真的不知道这些最终的成分是什么样子，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望远镜无法直接观测这颗行星，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掠过恒星时使星光变暗引起。大气中的氢被加热到脱离行星引力的程度。

一颗年轻的行星绕着一颗暴躁的红矮星旋转，它的轨道正在以不可预测的方式变化。它离其母恒星如此之近，以至于它经历了持续的、猛烈的能量爆发，这蒸发了它的氢大气——从而使它脱离了这颗行星。但在NASA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。
影像来源：NASA Goddard Space Flight Center, 首席制片人：Paul Morris

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。一种可能的解释是，七小时前观测到的一次强大的恒星耀斑，可能使逃逸的氢光电离到对光线透明的程度，因此无法探测到。

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，而在其他时候无法可观测到，甚至导致一些外流在行星本身之前“打嗝”。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，但研究人员说，这是第一次观察到这种情况发生的证据，而且达到了如此极端的程度。

哈勃对更多AU-Mic b凌日的后续观测应该会为这颗恒星和行星的奇异变化提供更多线索，进一步测试系外行星大气逃逸和演化的科学模型。

罗克克利夫是这篇科学论文的主要作者，该论文已被《天文学杂志》接受发表。

哈勃太空望远镜是NASA和ESA的一个国际合作项目。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心管理着这架望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃望远镜和韦伯望远镜的科学操作。STScI由华盛顿特区特区大学天文研究协会为NASA运营。

参考来源：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/hubble-sees-evaporating-planet-getting-the-hiccups