本文關(guān)鍵詞：XUV驅(qū)動(dòng)下的系外行星大氣逃逸

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【摘要】：大氣逃逸是行星演化的重要一環(huán),其主要能量來源為主星在高能波段的輻射。對(duì)于短周期小質(zhì)量行星,大氣逃逸對(duì)其質(zhì)量演化影響顯著,且會(huì)改變大氣環(huán)境,進(jìn)而影響行星可居住性。本文基于包含了輻射轉(zhuǎn)移和多種粒子光化學(xué)過程的一維流體動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)XUV(X射線和EUV)驅(qū)動(dòng)下的大氣逃逸進(jìn)行了大樣本的計(jì)算。由于主星的X射線和EUV光譜在不同主星年齡時(shí)差異較大,故通過XSPEC分別構(gòu)造X射線、EUV和XUV隨年齡演化的光譜。模型構(gòu)造了不同年齡、質(zhì)量、半徑和軌道距離的行星,對(duì)不同情況下的大氣逃逸進(jìn)行了充分研究,修正了經(jīng)典的能量限制(Energy-limited)理論,并對(duì)X射線和EUV單獨(dú)驅(qū)動(dòng)下的大氣逃逸情況進(jìn)行了比較。我們發(fā)現(xiàn):1.和能量限制理論類似,年輕恒星-行星系統(tǒng)中的短周期行星,逃逸率最高;2.年輕恒星-行星系統(tǒng)中的短周期小質(zhì)量(小引力勢(shì))行星,不能用能量限制理論估算逃逸率;3.逃逸機(jī)制會(huì)隨軌道距離的增大由劇烈的流體動(dòng)力學(xué)逃逸轉(zhuǎn)化為緩和的金斯逃逸,且行星引力勢(shì)越小、恒星-行星系統(tǒng)越年輕,這一轉(zhuǎn)化距離越遠(yuǎn)。在0.1 Gyr時(shí),流體動(dòng)力學(xué)逃逸在超過1 AU處仍能進(jìn)行,意味著在早期太陽系中,水星、金星、地球和火星都經(jīng)歷過快速流體動(dòng)力學(xué)逃逸階段;4.流體動(dòng)力學(xué)逃逸對(duì)短周期小質(zhì)量行星的演化和分布影響顯著;而對(duì)于大質(zhì)量行星,大氣逃逸影響較小;對(duì)于超大質(zhì)量的行星,由于引力勢(shì)非常強(qiáng),甚至無法進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)逃逸。這也解釋了系外行星分布在短周期時(shí)的中等質(zhì)量空缺;5.我們的模型已包括了真實(shí)的輻射轉(zhuǎn)移過程和多種光化學(xué),可以直接擬合半徑膨脹比β和加熱效率η,由此我們修正了由經(jīng)典的能量限制理論導(dǎo)出的能量限制方程,使該方程適用范圍更廣、對(duì)逃逸率的估算更準(zhǔn)確;6.在大部分情況下,用EUV光譜能量分布直接代替XUV光譜能量分布并不會(huì)帶來明顯偏差。然而,對(duì)于年輕恒星-行星系統(tǒng)中的短周期小質(zhì)量(小引力勢(shì))行星,X射線的影響會(huì)超過EUV,不能忽略。以上發(fā)現(xiàn)豐富了對(duì)系外行星大氣逃逸過程的研究,尤其是擴(kuò)展了逃逸機(jī)制和能量轉(zhuǎn)換過程的研究、修正了能量限制方程。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(云南天文臺(tái))
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P15

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