第9章 HD 209458 b (5/8)

hd

b的大气层顶部，由于恒星紫外线的照射，形成了一个电离层：

电离过程：氢原子（h

i）吸收紫外线光子，失去电子成为氢离子（h?）；

离子加速：电离产生的离子，在恒星风的磁场作用下被加速，形成离子外流；

逃逸速度：这些离子获得的动能，足以克服行星的引力束缚，逃逸到星际空间。

这是hd

b大气逃逸的主要机制——离子逃逸。天文学家通过观测lyman-a线的蓝移（波长变短，表明离子向外运动），证实了这一点。

1.3

中性粒子的慢逃逸：热扩散与溅射

除了离子逃逸，中性粒子（如氢原子）也在缓慢逃逸：

热扩散：大气顶部的中性粒子，由于温度极高（约1500

k），热运动速度超过了行星的逃逸速度（约60

km\/s），可以直接出去；

溅射效应：恒星风的高能粒子撞击大气中的中性原子，将其出去，类似于台球碰撞。

这种中性粒子逃逸的速度较慢，但积少成多，对大气的长期演化同样重要。

二、量化逃逸：每秒失去一个地球大气的宇宙消耗战

hd

b的大气逃逸速率，是系外行星研究中最重要的定量参数之一。通过多波段观测，科学家给出了精确的消耗清单。

2.1

氢逃逸速率：10?

kg\/s的宇宙瀑布

根据哈勃望远镜对lyman-a线的观测，hd

b的氢离子逃逸速率约为：

\\dot{m}_{h^+}

\\approx

2

\\times

10^8

\\text{

kg\/s}

如果换算成地球大气：

地球大气的总质量约为5.15x101?

kg；

hd

b每秒失去的氢质量，相当于每1500万年失去一个地球大气。

但实际情况更严重，因为它还在失去中性氢：

\\dot{m}_{h}

\\approx

10^8

\\text{

kg\/s}

综合来看，hd

b的总氢逃逸速率约为3x10?

kg\/s——相当于每秒钟失去一个小型海洋的质量。