导读 距离地球163光年的一颗名为WASP-69b的木星大小的系外行星为天体物理学家提供了一个了解塑造整个银河系行星的动态过程的窗口。它所绕轨道运...

距离地球163光年的一颗名为WASP-69b的木星大小的系外行星为天体物理学家提供了一个了解塑造整个银河系行星的动态过程的窗口。它所绕轨道运行的恒星正在烘烤并剥离行星的大气层，而逸出的大气层被恒星雕刻成一条巨大的、彗星般的尾巴，长度至少有350,000英里。

我是一名天体物理学家。我的研究小组在《天体物理学杂志》上发表了一篇论文，描述了WASP-69b尾部形成的方式和原因，以及它的形成可以说明天文学家倾向于在太阳系外探测到的其他类型行星的情况。

充满系外行星的宇宙

当你仰望夜空时，你看到的星星是太阳，还有遥远的世界，称为系外行星，围绕它们运行。过去30年来，天文学家在银河系中发现了5,600多颗系外行星。

探测光年之外的行星并不容易。与它们绕轨道运行的恒星相比，行星的大小和亮度都显得黯然失色。但尽管存在这些限制，系外行星研究人员还是发现了惊人的多样性——从比我们的月球稍大的小型岩石世界到巨大到被称为“超级木星”的气态巨行星。

然而，天文学家发现的最常见的系外行星比地球大，比海王星小，并且绕恒星运行的距离比水星绕太阳运行的距离更近。

这些极其常见的行星往往属于两个不同的类别之一：超级地球和亚海王星。超级地球的半径比地球半径大50%，而亚海王星的半径通常比地球半径大两到四倍。

在这两个半径范围之间，有一个间隙，称为“半径间隙”，研究人员很少在其中发现行星。而且，海王星大小的行星在不到四天内完成绕恒星运行的轨道是极其罕见的。研究人员将这个间隙称为“热海王星沙漠”。

某些潜在的天体物理过程一定会阻止这些行星的形成或生存。

行星形成

当恒星形成时，它周围会形成一个巨大的尘埃和气体盘。在那个圆盘中，行星可以形成。随着年轻行星质量的增加，它们可以积累大量的气体大气层。但随着恒星的成熟，它开始以紫外线和X射线辐射的形式发出大量能量。这种恒星辐射可以烘烤掉行星在光蒸发过程中积累的大气层。

然而，有些行星抵制这个过程。质量更大的行星具有更强的引力，这有助于它们保持原来的大气层。此外，距离恒星较远的行星不会受到那么多的辐射，因此它们的大气层受到的侵蚀也较少。

亚海王星，或类似海王星的行星，看起来很像超级地球，但有厚厚的大气层。图片来源：NASA-JPL/加州理工学院

因此，也许超级地球的很大一部分实际上是行星的岩石核心，其大气层被完全剥离，而亚海王星的质量足以保留其蓬松的大气层。

至于热海王星沙漠，大多数海王星大小的行星根本没有足够的质量来完全抵抗其恒星的剥离力，如果它的轨道太近的话。换句话说，在四天或更短的时间内绕其恒星运行的亚海王星将很快失去其整个大气层。当观察时，大气层已经消失，剩下的是裸露的岩石核心——超级地球。

为了检验这一理论，像我这样的研究团队一直在收集观察证据。

WASP-69b：独特的实验室

进入WASP-69b，这是一个研究光蒸发的独特实验室。“WASP-69b”这个名字来源于它的发现方式。这是在广角行星搜索调查中发现的第69颗拥有行星b的恒星。

尽管WASP-69b的半径比木星大10%，但它的质量实际上更接近轻得多的土星——它的密度不是很大，质量也只有木星的30%左右。事实上，这颗行星的密度与一块软木塞差不多。

行星形成盘。图片来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO

这种低密度是由于它绕恒星运行的轨道距离超近，轨道周期为3.8天。由于距离如此之近，行星接收到了大量的能量，导致其升温。当气体受热时，它会膨胀。一旦气体膨胀到足够大，它就会开始永远逃离地球的引力。

当我们观察这颗行星时，我和我的同事发现氦气以每秒约200,000吨的速度快速逸出WASP-69b。这相当于地球每十亿年损失的质量。

在恒星的一生中，这颗行星最终将失去相当于地球质量近15倍的总大气质量。这听起来很多，但WASP-69b的质量大约是地球质量的90倍，因此即使在如此极端的速度下，它也只会损失构成其的气体总量的一小部分。

WASP-69b的彗尾

也许最引人注目的是WASP-69b延长的氦尾的发现，我的团队发现它在行星后面至少350,000英里(约563,000公里)。强烈的恒星风是恒星发出的持续的带电粒子流，会形成这样的尾巴。这些粒子风撞击逃逸的大气层，并将其塑造成行星后面的彗星状尾巴。

我们的研究实际上是第一个表明WASP-69b的尾巴如此广泛的研究。过去对该系统的观察表明，这颗行星只有一条适度的尾巴，甚至根本没有尾巴。

WASP-69b逃离大气层。

这种差异可能归结为两个主要因素。其一，每个研究小组使用不同的仪器进行观察，这可能导致检测水平不同。或者，系统中可能存在实际变化。

像太阳这样的恒星有一个磁活动周期，称为“太阳周期”。太阳的寿命是11年。在活动高峰年，太阳会出现更多的耀斑、黑子和太阳风的变化。

更复杂的是，每个周期都是独一无二的——没有两个太阳周期是相同的。太阳科学家仍在努力更好地了解和预测太阳的活动。其他恒星也有自己的磁循环，但科学家们还没有足够的数据来理解它们。

因此，WASP-69b观测到的变异性可能来自于每次观测到它时，主星的行为都不同这一事实。天文学家未来必须继续更多地观察这颗行星，才能更好地了解究竟发生了什么。

我们对WASP-69b质量损失的直接观察让像我这样的系外行星研究人员更多地了解了行星演化的运作方式。它为我们提供了大气逃逸的实时证据，并支持了热海王星和半径间隙行星很难找到的理论，因为它们的质量不足以保留其大气层。一旦他们失去了它们，剩下的就是一个岩石超级地球核心。

WASP-69b研究强调了行星组成与其恒星环境之间的微妙平衡，塑造了我们今天观察到的多样化行星景观。随着天文学家继续探索这些遥远的世界，每一项发现都让我们更接近了解宇宙的复杂织锦。