前主序 M 矮星周围类地行星上 H$_2$-H$_2$O 大气流体动力逃逸效率较低

当前位于 M 矮星宜居带内的类地行星,很可能因其宿主恒星在前主序阶段光度缓慢下降而经历了长期的失控温室状态。因此,它们可能在强恒星 XUV 辐照诱发的流体动力逃逸中损失了包括高浓度水蒸气在内的可观大气部分。然而,大气逃逸率仍高度不确定,部分源于对逃逸流中辐射冷却效应的理解不足。在此我们针对质量为 $1M_{\oplus}$ 的行星上的 H$_{2}$-H$_{2}$O 大气开展一维流体动力逃逸模拟,考虑辐射和化学过程以估算大气逃逸率,并追踪早期失控温室阶段的大气演化。我们发现,由于 H$_{2}$O 及 OH、H$_{3}^{+}$ 等化学产物的辐射冷却导致能量损失,大气逃逸率随基底 H$_{2}$O/H$_{2}$ 比增加而下降:当基底 H$_{2}$O/H$_{2}=0.1$ 时,H$_{2}$ 的逃逸率比纯氢大气小一个数量级。H$_{2}$ 逃逸的时标超过早期失控温室阶段的持续时间,取决于初始大气量和组成,表明在失控温室阶段结束后可能残留 H$_{2}$ 和 H$_{2}$O。我们的结果表明,在一些 M 矮星周围的类地行星上可能形成具海洋的温和还原性环境。