大气层的作用(大气白天起什么作用)

一颗外星球在一次巨大的撞击中失去了大气层。

艺术家对附近HD 17255恒星系统影响的理解(来源:麻省理工学院马克·a·加尔利克)

一项研究表明，天文学家可能首次发现了证据，表明一颗遥远行星的部分大气由于巨大的撞击正在逃逸。

科学家认为，新生的行星系统通常会在“婴儿行星”的创造期经历巨大的“成长之痛”——所谓的原行星。它们相互撞击，融合在一起，逐渐形成了一个更大的星球。

"我们自己的太阳系有足够的证据证明一次巨大的撞击."麻省理工学院的天文学家、该研究的第一作者塔亚娜·施耐德曼(Tajana Schneiderman)这样说道。

例如，以前的研究表明，地球和月球是早期太阳系中这种巨大撞击的产物。然而，“尽管如此，仍然没有太多的观测证据来证明其他地方的巨大影响。”施奈德曼补充道。

现在，Schneiderman和他的同事们发现了大约95光年外的一颗巨行星猛烈撞击的迹象。他们提到，马六甲大约2300万年的恒星HD 172555的行星际撞击可能会将一部分大气层吹离那个世界。

"我们第一次探测到了被剥离的大气层."施奈德曼说。

恒星HD 172555因其周围存在不同寻常的天然尘埃而吸引了许多科学家的注意。先前的研究发现，这些星尘具有更细小的颗粒，比天文学家预测的恒星周围典型的碎片圆盘要小。这些尘埃中还含有大量不寻常的矿物质，如黑曜石和黑玻璃陨石——这些都需要高温条件才能形成。此前的研究也给出了一种可能的解释:这些尘埃是由两颗恒星碰撞形成的——在这种碰撞中，恒星的速度可以达到22000英里/小时，即36000公里/小时。

在新的研究中，天文学家发现恒星周围的气体可能会揭示恒星的历史。他们分析了智利阿塔卡马大型毫米阵列的数据，重点是是否有一氧化碳的迹象。

“当人们想要研究碎片盘中的气体成分时，一氧化碳通常是最显眼的，因此它也是最先被检测到的，”施奈德曼在一份报告中说。“所以我们再看看HD 172555的一氧化碳数据，因为它确实是一个有趣的恒星系统。”

科学家有能力探测恒星周围的一氧化碳。当他们测量一氧化碳含量时，发现HD 172555周围的气体含量等于金星地狱般大气中一氧化碳含量的20%。他们还发现，大量一氧化碳出人意料地近距离环绕恒星——大约7.5个天文单位(AU)，是太阳与地球平均距离的7.5倍。

令人不解的是，在如此靠近恒星的地方有一氧化碳的痕迹，因为分子在光解离作用下通常很脆弱。它是光解光子(或光粒子)分解和破坏化学物质的过程。一般恒星周围基本没有一氧化碳，这使得研究人员不得不提出各种想法和分析来解释HD 172555周围一氧化碳的存在。

科学家们很快排除了超新星遗迹中一氧化碳含量会上升的预测。之前的研究表明，一氧化碳很难持续超过恒星生命周期的前300万年，这比HD 172555的2300万年要短得多。

研究人员验证了另一个预测——一氧化碳是由许多侵入遥远小行星带的冰彗星释放的，这些小行星带类似于太阳系的柯伊伯带。这时，他们发现这个预测无法解释星尘中矿物质的来源。

天文学家认为，能够解释所有数据的最佳预测是两颗原行星的巨大撞击——“一个更大的前驱天体，一个更小的碰撞天体”。施奈德曼说，“能量是巨大的——这种撞击会导致‘身体’的一部分融化，因此一些物质很可能会留在原地，而另一些物质则会被抛出前驱物体。”

“现在我们来谈谈气氛。一些大气会被那些撞击固体天体的对撞机挤出去。当冲击波穿过大气层时，另一部分大气层将被从地球的其余部分推出，另一部分大气层可能被剥离更长的时间，”施奈德曼补充道。“这种撞击会将能量转移到大气中，导致大气被加热变暖。大气层一旦被加热，就更容易逃逸。”

施奈德曼表示，在HD 172555这样年轻的行星系统中，天文学家预计会发生巨大的撞击是很常见的。在提到可以解释恒星周围一氧化碳探测的巨大碰撞时，她指出，时间尺度、行星年龄以及恒星周围矿物质形成和塑造的制约因素发挥了重要作用。

“一次巨大的碰撞是对该系统特性的最好解释。”施奈德曼这样说。

最近，研究人员估计一氧化碳来自一颗至少有20万年历史的巨行星。对于恒星来说，20万年太短，不足以完全摧毁大气层。因为有如此多的气体，他们认为这次碰撞发生在两个巨大的天体之间，很可能是两个与地球大小相似的原行星。

“我认为一个真正关键的影响是，巨大撞击后释放的气体会停留很长时间，这将影响系统的长期演变。”施奈德曼说，“使用当前的ALMA望远镜配置对这个系统进行额外的观测将是非常令人兴奋的——ALMA望远镜配置在2012年进行了升级和测试，这将使我们能够了解这个系统的更多细节。”

此外，“我认为观察其他年轻系统也是有价值的，”施奈德曼说。“在这个系统中检测到一氧化碳表明一氧化碳可能比星尘更明亮，因此探索一氧化碳过去的影响可能比星尘更容易观察到。我认为，以一氧化碳气体为目标可能为我们提供一个机会，以更全面地了解发生的巨大影响的统计数据。”

作者:Charles Q. Choi

FY:北斗星zj

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