Исследование раскрывает механизмы гидродинамического побега на маломассивных экзопланетах

Исследование опубликованное в журнале Nature Astronomy и проведенное Го Цзяньхэном из Юньнаньской обсерватории Китайской академии наук, позволяет взглянуть на бурные процессы выхода из атмосферы маломассивных экзопланет, в частности на процесс, известный как гидродинамический выход.

В ней раскрываются различные движущие механизмы, влияющие на гидродинамическую утечку, и предлагается новый метод классификации для понимания этих процессов утечки.

Экзопланеты, которые относятся к планетам за пределами нашей Солнечной системы, являются популярным объектом астрономических исследований. Атмосферы этих планет могут покидать планету и уходить в космос по разным причинам. Одна из таких причин – гидродинамическое бегство, при котором верхние слои атмосферы полностью покидают планету. Этот процесс гораздо более интенсивный, чем процесс выхода частиц, наблюдаемый на планетах Солнечной системы.

Гидродинамический уход атмосферы мог произойти на ранних этапах развития планет Солнечной системы. Если бы Земля в то время потеряла всю свою атмосферу в результате гидродинамической утечки, она могла бы стать такой же пустынной, как Марс. Сейчас на таких планетах, как Земля, уже не происходит такой интенсивной утечки. Однако космические и наземные телескопы заметили, что гидродинамическая утечка все еще происходит на некоторых экзопланетах, которые находятся очень близко к своим звездам. Этот процесс не только изменяет массу планеты, но и влияет на климат и обитаемость планеты.

В этом исследовании Го Цзяньхэн обнаружил, что гидродинамический выход маломассивных экзопланет из их атмосфер может быть вызван либо исключительно, либо совместно внутренней энергией планеты, работой, совершаемой приливными силами звезды, или нагревом от экстремального ультрафиолетового излучения звезды.

До этого исследования ученым приходилось полагаться на сложные модели, чтобы выяснить, какой физический механизм вызывает утечку жидкости с планеты, и выводы часто были неясными. Данное исследование показало, что простое использование основных физических параметров звезды и планеты, таких как масса, радиус и орбитальное расстояние, позволяет классифицировать механизмы гидродинамического выброса жидкости из маломассивных планет.

На планетах с малой массой и большим радиусом достаточная внутренняя энергия или высокая температура могут привести к выходу атмосферы. Это исследование показало, что с помощью классического параметра Джинса (отношение внутренней энергии планеты к ее потенциальной энергии) можно определить, произойдет ли вышеупомянутый побег.

Для планет, внутренняя энергия которых не может вызвать выброс атмосферы, Го Цзяньхэн определил обновленный параметр Джинса, введя приливные силы от звезд. С помощью обновленного параметра Цзиньша можно легко и точно определить роль приливных сил звезды и экстремального ультрафиолетового излучения в выбросе атмосферы.

Кроме того, это исследование показало, что планеты с высоким гравитационным потенциалом и низким звездным излучением, скорее всего, будут испытывать медленный гидродинамический выход из атмосферы; в противном случае планета сначала подвергнется быстрой утечке жидкости.

Результаты этого исследования проясняют, как атмосфера планеты эволюционирует с течением времени, что важно для изучения эволюции и происхождения маломассивных планет и может помочь лучше понять историю обитаемости и эволюции этих далеких миров.