轨道距离对系外行星大气逃逸的影响

发布时间：2018-09-11 20:49

【摘要】：大气逃逸是行星大气演化的重要一环,其主要能量来源为主星在高能波段的辐射.辐射流量随轨道距离的增大会急剧下降,不同轨道处的行星大气逃逸差异较大,轨道距离对系外行星大气逃逸的影响需要深入研究.运用一维流体动力学模型,并且考虑辐射转移和多种粒子的光化学反应过程,对行星大气逃逸随轨道距离的变化进行了研究.由于主星光谱在不同的演化阶段会表现出较大差异,故采用XSPEC(X-Ray Spectral Fitting Package)中的等离子体模型APEC(Astrophysical Plasma Emission Code),获得不同年龄的类太阳星光谱作为模型输入光谱.结果发现:不同轨道处的行星逃逸率显著不同,逃逸机制也会随轨道距离的增大由剧烈的流体动力学逃逸转化为缓和的金斯逃逸,且行星引力势越小、恒星-行星系统越年轻,这一转化距离越远.处于年轻恒星-行星系统中的短周期行星,逃逸率和辐射流量的相关性降低.这个结果表明经典的能量限制(Energy-limited)逃逸理论对这类行星是不适用的.这些发现丰富了对系外行星大气逃逸过程的研究,尤其是扩展了在不同轨道距离和恒星年龄条件下,逃逸机制和能量转换过程的研究.
[Abstract]:Atmospheric escape is an important part of planetary atmospheric evolution and its main energy source is the radiation of the host star in the high energy band. The radiation flux will decrease sharply with the increase of orbital distance, and there is a great difference in the escape of planetary atmosphere in different orbits. The influence of orbital distance on the escape of exoplanet atmosphere needs to be deeply studied. Using one-dimensional hydrodynamic model and considering radiation transfer and photochemical reaction process of many particles, the variation of planetary atmospheric escape with orbital distance is studied. Because the spectrum of host star will show great difference at different evolution stages, XSPEC (plasma model APEC (Astrophysical Plasma Emission Code), in X-Ray Spectral Fitting Package) is used to obtain solar star spectra of different ages as the input spectrum of the model. The results show that the escape rate of the planets in different orbits is significantly different, and the escape mechanism changes from violent hydrodynamic escape to gentle Kings escape with the increase of orbital distance, and the smaller the planetary gravitational potential, the younger the star-planetary system. The further this transformation is, the further it is. The correlation between escape rate and radiation flux decreases for short term planets in young star-planetary systems. The results show that the classical energy restriction (Energy-limited) escape theory is not applicable to such planets. These findings enrich the study of the escape process of exoplanet atmosphere, especially extend the study of escape mechanism and energy transfer process under different orbital distances and star ages.
【作者单位】： 中国科学院云南天文台;中国科学院天体结构与演化重点实验室;中国科学院大学;
【基金】：国家自然科学基金项目(11273054)资助
【分类号】：P185;P15

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本文编号：2237802