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它的母星北落师门,是一颗年轻的a型星,恒星风速度高达200公里秒(太阳恒星风仅400公里秒?不,等一下,太阳恒星风的速度通常是300-800公里秒,但年轻恒星的恒星风更密集、更快——北落师门的恒星风密度是太阳的3倍,速度是太阳的15倍,约600公里秒)。
这种高速恒星风,会像“砂纸”
一样剥离行星大气的外层粒子。
,!
根据2024年加州理工学院的数值模拟,北落师门b的大气流失率是木星的10倍——每年损失约102?千克的大气物质(相当于木星大气质量的百万分之一)。
这个速率看似很小,但如果持续10亿年,它可能会失去10的大气质量。
不过,北落师门b的质量是木星的3-10倍,引力更强(表面重力是木星的15-3倍),所以它能“抓住”
大部分大气——就像一个胖孩子,不容易被风吹走外套。
更关键的是,北落师门的原行星盘还存在大量中性气体(氢、氦),这些气体可以“缓冲”
恒星风的冲击。
当恒星风遇到原行星盘的气体时,会形成“弓形激波”
,降低风速和粒子密度,从而减少对行星大气的剥离。
这种“盘-行星”
的协同保护,让北落师门b的大气得以稳定存在。
(三)冰质核心的“保温层”
:为什么它还没变成气体巨行星?木星和土星是“气体巨行星”
,它们的质量中,氢氦占比超过90;而北落师门b目前还是“冰质核心”
,氢氦占比不到10。
为什么它没有像木星那样,快速吸积气体成为气体巨行星?答案藏在原行星盘的气体分布里。
北落师门的原行星盘,气体主要集中在距离恒星30-100au的区域——而北落师门b位于133au处,这里的氢氦气体密度已经非常低(约为土星轨道处的1100)。
行星吸积气体,需要“撞”
到足够多的气体分子;如果气体密度太低,吸积效率会急剧下降。
此外,北落师门的年龄只有4亿年,原行星盘的气体还在慢慢扩散——就像一杯刚倒的咖啡,香气还没散开。
北落师门b的吸积过程,就像“用吸管喝稀释的果汁”
:虽然能喝到,但需要很长时间。
根据模拟,它可能需要再花10亿年,才能吸积足够的氢氦,变成“迷你木星”
;而到那时,原行星盘的气体可能已经消失了——所以,北落师门b很可能永远停留在“冰质核心”
阶段,成为一颗“失败的”
气体巨行星。
三、碎片环的“生态”
:行星与尘埃的共生游戏北落师门的碎片环,不是静态的“尘埃盘”
,而是一个动态的“生态系统”
——行星与尘埃相互作用,尘埃又反过来塑造行星。
这种互动,是理解行星形成的关键。
(一)ala的毫米波视角:尘埃颗粒的“大小谱”
2022年,阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列(ala)对北落师门环进行了高分辨率观测,首次获得了尘埃颗粒的大小分布:环中的尘埃主要是1-100微米的冰质颗粒(水冰占60,二氧化碳冰占25,甲烷冰占15)。
这个分布非常“年轻”
——太阳系的原行星盘,在45亿年前也是这样的“小颗粒主导”
。
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