当望远镜变得足够强大，能够发现围绕遥远恒星运行的行星时，科学家们惊奇地发现，许多行星没有像地球那样的大气层。相反，它们似乎有厚厚的一层氢气。
在一项新的研究中，两名芝加哥大学的科学家调查了这些行星的大气是如何演变的，以及这些行星获得类似地球大气的可能性。通过对数千个模拟行星进行建模，他们估计，一颗行星从一开始的氢大气层演变成像地球这样的大气层是非常罕见的——而这样的行星通常最终会完全失去它们的大气层。
该研究结果发表在7月21日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上，它加深了我们对行星大气如何形成和增长的理解，并可以帮助天文学家缩小寻找具有类地大气行星的最佳地点的范围。
该研究的第一作者、火星历史和其他世界气候方面的专家埃德温·凯特教授说:“行星的宜居带是在一条宇宙线上，一条介于大气过多和过少之间的海岸线。”“海岸线上有很多行星吗?还是很稀少?”这是目前行星科学中的一个大问题。”
“我们对岩石系外行星的大气层知之甚少，”该论文的第二作者、研究生梅根·巴尼特(Megan Barnett)说。“我们在这项研究中观察到的行星离它们的恒星太近了，无法承载生命，但研究它们有助于我们了解制造或破坏大气层的整体过程。”
例如，科学家们知道许多岩石行星是由氢的大气层形成的，但是在最初形成之后发生了什么就不太清楚了。他们是保留了那种气氛，还是转变成另一种气氛，还是完全失去了那种气氛?
凯特和巴奈特把我们知道的信息输入到一个程序中，以模拟不同大小和不同大气层的行星。然后，他们提出了不同的设想，观察如果附近恒星的亮度发生变化，从而改变行星接收到的辐射量，大气会发生什么变化;或者恒星变暗，行星的岩石冷却下来;或者火山在地表喷发。
他们的研究结果表明，如果一颗行星一开始是富含氢的大气层，那么它最终转变成类地大气层的条件组合就非常少。“在我们的模型中，这真的不会发生，”凯特说。“到目前为止，最常见的结果是它失去了大气层，永远是一块光秃秃的岩石。”
然而，在少数情况下，一个比地球稍大一点的行星能够通过大量的火山喷发来释放气体，从而获得并保持类似地球的大气层。
凯特和巴奈特还发现，一颗最初具有类地大气层的行星更有可能保持住这种大气层。
科学家们说，这些结果将有助于指导使用新的望远镜寻找宜居行星，比如定于明年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜。
凯特说:“从我们的发现来看，如果我们想要找到具有类似地球大气层的温暖的系外行星，我们应该瞄准那些一开始没有氢大气层的行星，那些绕着不那么活跃的恒星运行的行星，或者那些特别大的行星。”
引证:“系外行星次级大气的损失和复兴。凯特和巴奈特，《美国国家科学院院刊》，2020年7月21日。DOI: 10.1073 / pnas.2006177117
资金:美国国家航空航天局。