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天文新知

為何存在泡芙行星?

Artist's impression of a super-puff exoplanet: a planet with a large radius but small mass.  NASA / ESA / G. Bacon / STSCINASA / ESA / G. Bacon / STSCI

過去幾年透過各式各樣的觀測方法,天文學家們找到了許多意想不到的系外行星。其中,一種被稱為「泡芙行星」的系外行星更是顛覆了天文學家對於行星的想像,挑戰了行星形成理論。
 
所謂的「泡芙行星」是指質量小於海王星,但半徑大於5倍地球半徑、大小相當於一顆氣體行星,密度小於每立方公分0.1g的超低密度行星,如同一顆蓬鬆的泡芙一般。由於這類行星的質量小,理論上其重力強度並無法維持如氣體行星一般的大氣層,在行星形成1000年內大氣層就會在恆星風吹拂下流失殆盡。不過很顯然的,這些行星都超過這個歲數了。
 
從觀測資料來看,這類行星的大氣並沒有明顯的吸收光譜,同時也相當的不透明。最近,普林斯頓大學天文台的天文學家根據這類行星的大氣透明度資料,提出了一種解釋。他們認為這類行星大氣有向外流動的氣流,將底層的塵埃帶到高層,因此降低了大氣的透明度,同時也減緩了大氣流失的速度。例如他們對Kepler 51b所做的模擬,假設每年該行星流失10-10倍地球質量的大氣,就足以攜帶粒徑1奈米的塵埃到大氣高層,並讓觀測到的行星半徑膨脹到7倍地球半徑。
 
目前已在幾顆系外行星觀測到這些特徵,科學家們希望能擴大對系外行星大氣透明度的觀測來驗證理論。如果富含塵埃的大氣在低質量系外行星中相當普遍,顯然又會是另一項有待科學家們回答的問題。(王彥翔/編譯)

相關論文:Dusty Outflows in Planetary Atmospheres: Understanding “Super-Puffs” and Transmission Spectra of Sub-Neptunes, Lile Wang and Fei Dai 2019 ApJL 873 L1. doi:10.3847/2041-8213/ab0653
資料來源:Sky & Telescope

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