具有氢大气的热超级地球：解释其悖论性存在的一个模型

在本文中，我们提出一种可解释某些热超级地球上氢大气存活的新机制。我们认为，在近距离轨道、潮汐锁定的超级地球上，潮汐力与轨道和自转离心力可将该大气部分限制在夜半球。假设一个超级类地天体拥有以火山物质为主且含大量氢组分的大气，可证明较重分子被限制在纬度$\lesssim 80^{\circ}$以内，而挥发性氢则不受限。由于这种差异，氢必须缓慢扩散至昼半球，在那里被XUV辐射破坏。该机制生效的必要条件是：系外行星需在损失其全部氢包层之前变为潮汐锁定。因此，对于具有此提议构型的超级地球，可通过求解潮汐锁定与质量损失时标来约束其形成的“出生”质量。我们的模型预测，55 Cancri e形成时的日长约为$17-18.5$小时，初始质量小于$\rm \sim12 M_{\oplus}$，从而使其在大气完全破坏前变为潮汐锁定。作为比较，CoRoT-7b是一颗与55 Cancri e性质极相似但缺乏大气的系外行星，其形成时日长与$\sim 20.5$小时显著不同，且初始质量小于$\rm \sim9 M_{\oplus}$。