​大气层消失，原因何在？巨大撞击威力无穷

大气层消失，原因何在？巨大撞击威力无穷

从一氧化碳到行星大气——揭开巨大撞击的秘密

一个异形星球在一次巨大撞击中失去了大气层

艺术家对附近的HD 17255恒星系统发生的撞击的理解（图源：麻省理工大学Mark A. Garlick）

一项研究表明，天文学家可能第一次探测到遥远行星部分大气层因巨大撞击而逸散的证据。

科学家们认为新生的行星系统通常要在“婴儿行星”的创造期经历巨大的“生长之痛”——即所谓的“原行星”。它们砰地撞到一起，融合在一起并逐步形成更大的行星。

“我们自己的太阳系就有巨大撞击的充足证据。”该项研究的第一作者、麻省理工大学的天文学家Tajana Schneiderman这样说。

比如，先前的研究表明地球和月球就是早期太阳系内发生的这种巨大撞击的产物。然而，“尽管如此，依然没有很多观测证据证明别处的巨大撞击。”Schneiderman补充道。

现在，Schneiderman和他的同事发现了地外约95光年远的巨大行星猛烈撞击的迹象。他们提到，孔雀座内年龄约2300万的恒星HD 172555所发生的星际撞击可能会将一部分大气层从那个世界上吹走。

“我们首次探测到了被剥离的大气。”Schneiderman说。

恒星HD 172555曾由于其四周环绕的不寻常的天然灰尘吸引过许多科学家的注意。先前的研究发现，这些星尘有更细微的颗粒，比天文学家所预测的环绕恒星的典型碎屑盘还要更小。这些尘土中也含有大量非同寻常的矿产，比如黑曜石和黑玻璃陨石——这些矿产都需要高温条件才能形成。之前的研究也给出一种可能的解释：这些灰尘是由两颗恒星碰撞形成的——在这场碰撞中，恒星的速度能达到22000迈（英里/小时），即36000km/h。

在新的研究中，天文学家们发现，恒星周围环绕的气体或许能揭示恒星的历史。他们分析了智利阿塔卡玛大型毫米波天线阵（ALMA）传回的数据，主要关注是否有一氧化碳存在的迹象。

“当人们想研究碎屑盘中的气体成分时，一氧化碳通常是最显眼的，因此它也是最早被探测到的，”Schneiderman在一项报告中这样说，“所以我们再次看向HD 172555的一氧化碳数据，因为这的确是一个有趣的恒星系统。”

科学家们有能力探测恒星周围的一氧化碳。当他们测量一氧化碳的含量时，他们发现HD 172555周围的气体含量与金星那地狱般的大气中所含一氧化碳的20%是相等的。他们也发现大量的一氧化碳出人意料地在近距离内环绕着恒星——大约7.5个天文单位（AU），也就是日地平均距离的7.5倍。

在距离恒星如此之近的地方有一氧化碳的踪迹，这是一个谜题，因为分子通常在光致离解的作用下会变得十分脆弱。光致离解就是光子（或者说是光的粒子）分解并破坏化学物质的过程。一般情况下，恒星周围基本没有一氧化碳，这让研究者们不得不提出多种设想并分析，来解释HD 172555周围一氧化碳的存在。

科学家们迅速排除了一种预测——超新星遗迹中一氧化碳含量上升。先前的研究表明一氧化碳几乎不能持续存在超过恒星生命周期的第一个300万年之久，这比HD 172555两千三百万年的年龄短得多。

研究者们查证了另一种预测——一氧化碳由许多闯入遥远小行星带的冰彗星释放，这些小行星带类似于太阳系的柯伊伯带。此时他们发现，这种预测不能解释星尘中矿物质的来源。

天文学家认为能解释所有数据的最佳预测是两颗原行星的巨大撞击——“更大的前身天体、更小的碰撞物”，Schneiderman说，“能量是巨大的——这次撞击会导致部分‘躯体’熔化，所以一些物质很可能原地不动，而另一些物质会被甩出前身天体。”

“现在我们来说说大气层。一些大气会被撞击固态天体的那些碰撞物推出，当震动波穿越大气层时，另一部分大气会从行星的剩余部分中被推出，还有一部分大气可能会在更长的时间周期内被剥除，”Schneiderman补充道，“这场撞击会给大气层传递能量，这会导致大气层受热增温。大气一旦被加热，就更容易逸散了。”

Schneiderman说，在如HD 172555一样年轻的行星系统中，天文学家们期待巨大撞击，这是很平常的。当提到那些能解释恒星周边检测到一氧化碳这一结果的巨大碰撞时，她特别指出时间尺度、行星年龄和对形成与塑造恒星周边矿物质的约束条件起了重要作用。

“一场巨大碰撞是对系统特征的最佳解释。”Schneiderman这样说。

最近，研究者们估计，一氧化碳来自至少20万岁的巨大行星，对于恒星来说，20万年的时间太短以至于不能完全摧毁大气。由于气体如此之多，他们认为这次碰撞发生在两个巨大天体之间，很有可能是两个大小与地球相似的原行星。

“我认为一个真正具有批判性的暗示是：在巨大撞击的余波中被释放的气体会持续停留很长时间，这会影响系统长期演化的方式。”Schneiderman称，“用当前的ALMA望远镜配置额外观测这一系统会是一件很令人兴奋的事情——ALMA望远镜配置已于2012年升级并测试，这会使我们理解该系统的更多细节。”

此外，“我认为看一看其他年轻的系统也是很有价值的，”Schneiderman说，“此系统中探测到一氧化碳表明一氧化碳可能比星尘更加明亮，所以要探寻一氧化碳过去的影响可能会比星尘更具可观测性。我觉得把一氧化碳气体作为目标可能会给我们提供一个机会，使我们更整体地理解已出现的巨大撞击的统计数据。”

BY: Charles Q. Choi

FY:北斗星zj

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