我们观测到一颗岩石系外行星大气中的氦气被剥离

# 我们在岩质系外行星的大气层中发现了氦气逃逸的痕迹 来源：https://arstechnica.com/science/2026/07/weve-seen-helium-baked-off-a-rocky-exoplanets-atmosphere/ 如果这颗大型岩质行星正在失去氦气，那么我们就能推断出剩下的是什么。 一颗橙色行星的图像，其宿主恒星位于右下角，照亮了行星的远侧。 宇宙中的气体大部分是氢和氦的混合物。人们认为，大多数行星的初始大气层也由此构成。然而，经过数十亿年的演化，行星大气层的成分可能会发生变化。氢可以与其他化学物质反应，而氢和氦都可能散逸到太空中。金星、地球和火星被认为拥有次生大气层，它们原始的氢/氦包层已经丢失和/或转化了。 散逸的动态过程很复杂。较轻的元素更容易丢失，但如果氢被结合到甲烷、氨等分子中，则可能受到保护。天体的引力有助于保留一些分子，而磁场则可以限制辐射将物质轰出大气层的能力。与恒星的距离也很重要，这既是因为恒星产生的辐射，也是因为恒星的热量可以使大气层膨胀，使其扩张到引力影响较弱的区域。 鉴于所有这些复杂性，很难预测在系外行星上会发现什么。但周三《自然》杂志的一项研究描述了对系外行星大气中氦气流失的观测结果，该行星围绕约50光年外的恒星LHS 1140运行。根据氦气流失的速度，我们可以推断出剩余大气的某些特征。 ## 也许存在大气层？ LHS 1140a是一颗红矮星，已知有两颗行星绕其运行。其中一颗LHS 1140c靠近恒星，公转周期不到四天，从其宿主恒星接收的辐射量约为地球从太阳接收的五倍。另一颗行星LHS 1140b则远得多，公转周期近25天。这使其比水星更靠近其宿主恒星。由于LHS 1140a是一颗非常暗淡的恒星，这意味着LHS 1140b从恒星接收到的光量不到地球的一半。 如果所有这些光都最终加热了这颗行星，那么它表面温度将足以维持液态水。 我们通过LHS 1140b对其宿主恒星的引力影响以及从地球视角观察它凌星的情况，追踪了LHS 1140b。数据显示，它的质量约为地球的5.5倍，半径是地球的1.7倍。这与大致类似地球的组成相符：含有大量岩石物质，以及相当数量的水和/或大气（具体数量取决于铁的含量）。 我们不确定LHS 1140b是否有大气层，更不用说了解其成分了。我们知道该系统至少已有30亿年的历史，这给了大气层充足的时间进行演化。红矮星也容易爆发，释放大量高能辐射，而行星也有足够的时间经历这些爆发。 正是在此背景下，一组美国研究人员在LHS 1140b绕其宿主恒星运行时，搜寻了氦气。 ## 来去之间 对系外行星大气进行成像很困难，因为穿过它们大气的宿主恒星光线，相对于直接来自恒星到达地球的光线而言，数量极少。观察红矮星可以改善情况，因为其总光量更少，而行星相对于这些小恒星而言更大。因此，一颗拥有两颗已知行星的红矮星成为了一个有吸引力的目标。为了进行成像，研究人员使用了附属于阿塔卡马沙漠拉斯坎帕纳斯天文台望远镜的近红外成像硬件。 图像包括了LHS 1140b和LHS 1140c在凌星之前、期间和之后的数据，以及它们在轨道上其他位置时的图像。在LHS 1140c凌星期间未发现氦气，但在LHS 1140b凌星前后都出现了氦气信号。氦气信号延伸到了行星半径之外，研究人员认为这表明LHS 1140b拥有一个前导尾和一个拖尾尾。 （虽然在行星轨道后方拖曳的尾迹在直觉上容易理解，但在其他系统中已观测到磁场相互作用和恒星风可能导致前导尾迹的形成。） 研究人员将这些尾迹解释为氦气正被恒星产生的高能辐射驱离大气层的迹象。他们利用X射线成像卫星XMM-Newton对恒星的观测证实了这种可能性。他们估计，目前氦气的逃逸量约为每秒10万公斤，这接近于以该速率消除掉最初占行星总质量1.5%的大气层所需的速度。由于红矮星在早期更为活跃，因此过去某些时期的流失率可能更高。 话虽如此，当他们一年后重复观测时，却未能探测到氦气（这并不意味着它不存在；只是低于探测阈值）。因此，大气流失存在很大的变异性，这或许可以解释为什么我们仍在观测到它。 ## 剩余之物 氦气正在流失这一事实本身，告诉了我们有关大气成分的一些信息。如果大气中仍然存在大量氢，它们会吸收大量辐射，起到保护氦气的屏蔽作用。LHS 1140b流失如此之多的氦气，表明其大气中几乎没有或完全没有氢了。 同时，氦气的流失速率也提供了释放其他原子可用能量的一定线索。研究人员认为，原子质量高于9的任何物质都无法逃逸出大气。这意味着即使是氧和氮的原子形式也会被保留。任何分子，包括氨、甲烷和水，也将留在大气中。 总体而言，他们描绘出一幅图景：一颗大型岩质行星，拥有富含氦气的上层大气，而所有未反应的氢早已消失。在这层大气之下，可能还存在更厚的大气层，但我们对其成分一无所知。 研究人员最后提到了所谓的“宇宙海岸线”概念：这是恒星辐射将大气剥离殆尽、留下无空气岩石的区域，与较低辐射与有利条件结合、使大气层稳定存在数十亿年的区域之间的边界。我们现在知道，在这个系外系统中，“宇宙海岸线”位于LHS 1140c和LHS 1140b之间。 《科学》，2026年。DOI:10.1126/science.aea9708 (http://dx.doi.org/10.1126/science.aea9708) (关于DOI (http://arstechnica.com/science/news/2010/03/dois-and-their-discontents-1/))。 约翰·蒂默尔 (https://arstechnica.com/author/john-timmer/) 的照片 约翰是Ars Technica的科学编辑。他在哥伦比亚大学获得生物化学学士学位，并在加州大学伯克利分校获得分子与细胞生物学博士学位。脱离键盘时，他倾向于寻找自行车，或一个风景优美的地方来远足。 5条评论 (https://arstechnica.com/science/2026/07/weve-seen-helium-baked-off-a-rocky-exoplanets-atmosphere/#comments) 1. 最受欢迎文章中的第一篇文章配图：Sheetz放弃VMware，迁移11000台虚拟机 (https://arstechnica.com/information-technology/2026/07/sheetz-moves-838-stores-off-vmware-broadcom-created-too-much-uncertainty/)