HD209458b 和 HD189733b 氢大气逃逸的 3D 模型：辐射压吹离与恒星风相互作用

对 HD209458b 和 HD189733b 的 Ly-alpha 凌星观测揭示了中性氢从行星逃逸的特征。我们提出了一个描述逃逸原子动力学的 3D 粒子模型，并计算了理论 Ly-alpha 吸收线轮廓，可直接与在线翼蓝端观测到的吸收进行比较。对于 HD209458b，观测到的逃逸原子速度高达 -130km/s，这自然地由辐射压加速解释。观测结果与约 3-4 倍太阳电离通量以及 $10^9$-$10^{11}$g/s 范围内的氢逃逸率拟合良好，这与理论预测一致。对于 HD189733b，2011 年在 -230 至 -140km/s 的速度范围内观测到了中性氢吸收。这些速度高于 HD209458b，需要额外的加速机制来解释逃逸氢原子的运动，这可能是与恒星风质子的相互作用。我们限制了恒星风参数（温度 ~3x10^4K，速度 200+-20km/s，密度范围 $10^3$-$10^7$/cm3）以及逃逸率（$4\times10^8$-$10^{11}$g/s）和电离通量（6-23 倍太阳值）。我们还揭示了一种“逃逸限制”饱和机制的存在，其中大部分逃逸气体与恒星质子发生相互作用。在这种机制下（发生在质子密度高于 ~3x10^5/cm3 时），吸收特征的振幅受限于逃逸率，而不依赖于风密度。2010 年早期观测中未检测到逃逸氢，可以用当时恒星风的抑制或比 2011 年低约一个数量级的逃逸率来解释。对于这两颗行星，最佳拟合模拟显示逃逸大气呈彗尾状。