什么是氦行星:大气层以氦为主的系外行星

宇宙中最丰富的元素就是氢元素,其次是氦元素,所以气态巨行星的构成也是以这两种元素为主的。但是在宇宙中还存在着另外一类独特的行星,这就是氦行星,它们的大气层中主要是氦气。

Gliese 436b是一颗热海王星,半径和质量都比海王星略大,它围绕着一颗红矮星运行,距离只有400万公里,表面温度高达439℃。但是这颗系外行星最吸引科学家的是,它的大气层主要是由氦气组成的,而氢气的成分很少。

Gliese 436b是一颗热海王星,也是一颗氦行星,它后面拖着尝尝的氢气
Gliese 436b是一颗热海王星,也是一颗氦行星,它后面拖着尝尝的氢气

科学家推测,Gliese 436b之前也是一颗正常的热海王星,主要成分也是氢气和氦气,但是因为靠近恒星,导致自身大气层的温度飙升,从而导致大气分子加热以后,更轻的氢气更容易逃逸到太空中,而因为这个温度刚刚好让氦气无法大量的逃逸出去,所以久而久之,这颗系外行星的大气层中氢气越来越少,氦气越来越多,就形成了氦行星。

实际上这是有证据的,科学家已经观测到了Gliese 436b正在被蒸发的大气层,高度达到了140万公里。

氦行星中的氢气被恒星炙烤后逃逸到太空中,最后留下氦气为主的大气层
氦行星中的氢气被恒星炙烤后逃逸到太空中,最后留下氦气为主的大气层

从常规巨行星形成氦行星的场景涉及一颗冰巨行星,它的轨道离它的主恒星如此之近,以至于氢有效地从大气中沸腾,从行星的引力中蒸发并逃脱。行星的大气层将经历大量的能量输入,并且由于较轻的气体比较重的气体更容易蒸发,剩余大气中氦气的比例将稳步增加。这样一个过程将需要一些时间来稳定并完全驱除所有的氢,可能需要100亿年的时间,这取决于行星和恒星的精确物理条件和性质。热海王星是这种情况的候选者。

氢的损失也会导致大气中甲烷的枯竭。在冰巨星上,甲烷自然形成一个循环,融化、蒸发、分解和随后的重组和凝结。但随着氢被耗尽,一小部分碳原子将无法与大气中的游离氢重新结合,随着时间的推移,这将导致甲烷的整体损失。随着时间的推移,热冰巨星大气中的甲烷也会耗尽。

氦行星一般距离恒星比较近
氦行星一般距离恒星比较近

因为氦行星大气中无法形成甲烷,所以多余的碳元素可能会和氧元素结合形成一氧化碳和二氧化碳,最终导致氦行星的颜色可能是白色或者灰色。

除此之外,氦行星还有俩一种可能性,一些低质量的白矮星如果和一颗大质量天体(比如中子星)组成了一个紧密的双星系统,那么白矮星可能会向中子星质量转移从而损失了自身的氢,最终留下一颗氦元素组成的致密星球。

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