哈勃观测到正在蒸发的行星出现问题

一颗年轻的行星围绕着一颗脾气暴躁的红矮星旋转，它的轨道正在以不可预测的方式发生变化。它距离母恒星如此之近，以至于它经历了持续的、汹涌的能量爆炸，蒸发了它的氢大气层——导致它从行星上喷出。

但在宇航局 哈勃太空望远镜观察到的一个轨道上，这颗行星看起来根本没有失去任何物质，而一年半后用哈勃观察到的轨道显示出明显的大气层损失迹象。

轨道之间的这种极端变化震惊了天文学家。新罕布什尔州汉诺威达特茅斯学院的基斯利·罗克利夫说：“当一颗行星经过其恒星前方时，我们从未见过大气逃逸在如此短的时间内从完全不可检测到非常可检测。” “我们真的期待一些非常可预测、可重复的事情。但结果很奇怪。当我第一次看到这个时，我想‘这不可能是对的。’”

罗克利夫同样困惑地发现，当它可被探测到时，行星的大气层在行星前方膨胀，就像快速行驶的火车上的车头灯一样。“这个坦率地说奇怪的观察是对行星演化的建模和物理学的压力测试案例。这个观察非常酷，因为我们正在探索恒星和行星之间的这种相互作用，这种相互作用实际上是最极端的，“ 她说。

母星 AU Microscopii (AU Mic) 距离地球 32 光年，拥有迄今为止观测到的最年轻的行星系统之一。这颗恒星的年龄还不到 1 亿岁(太阳的年龄只有 46 亿岁的一小部分)。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(大约是水星与太阳距离的 1/10)。这个膨胀的气态世界的直径约为地球的四倍。

AU Mic b 是由 NASA 的斯皮策太空望远镜和 TESS(凌日系外行星勘测卫星)太空望远镜于 2020 年发现的。它是通过凌日方法发现的，这意味着当行星从恒星前方穿过时，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，它们应该拥有我们银河系中的大部分行星。但像 AU Mic b 这样绕红矮星运行的行星是否适合生命存在?一个关键的挑战是年轻的红矮星具有凶猛的恒星耀斑，会喷出致命的辐射。这个高度活跃的时期比太阳这样的恒星持续的时间要长得多。

耀斑由强烈的磁场提供动力，这些磁场与恒星大气的翻滚运动纠缠在一起。当纠缠变得过于激烈时，场会破裂并重新连接，释放出巨大的能量，其能量比太阳爆发时释放的能量高 100 到 1,000 倍。这是一场激烈的烟花表演，狂风、耀斑和 X 射线炸毁所有靠近恒星运行的行星。罗克利夫说：“这创造了一个真正不受约束、坦率地说、可怕的恒星风环境，影响着地球的大气层。”

在这些炎热的条件下，在恒星诞生后的前一亿年内形成的行星应该会经历最多的大气逃逸。这最终可能会完全剥夺行星的大气层。

“我们想找出什么样的行星能够在这些环境中生存。当恒星安定下来时，它们最终会是什么样子?最终是否有适合居住的机会，或者它们最终会成为被烧焦的行星吗?” 罗克利夫说。“它们最终会失去大部分大气层，而幸存的核心会变成超级地球吗?我们真的不知道这些最终的成分是什么样的，因为我们的太阳系中没有类似的东西。”

虽然恒星的眩光使哈勃无法直接看到行星，但望远镜可以测量恒星表面亮度的变化，这是由于行星经过恒星时氢从行星中逸出并使星光变暗而引起的。大气中的氢已经被加热到逃离地球引力的程度。

AU Mic b 大气流出量发生了前所未见的变化，这可能表明宿主红矮星爆发的迅速和极端的变化。由于恒星有很多翻滚的磁力线，因此存在如此多的变化。对于其中一次行星凌日期间氢缺失的一种可能解释是，七小时前看到的一次强大的恒星耀斑可能已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，使其有时可观测到，有时不可观测，甚至导致一些外流在行星本身之前“打嗝”。研究人员表示，一些模型预测了这种情况，例如加州大学圣克鲁斯分校的约翰·麦肯和露丝·穆雷-克莱的模型，但这是第一种观察到的证据，证明这种情况正在发生，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。