逃逸次级大气的新物理可能塑造宇宙海岸线

最近詹姆斯·韦伯太空望远镜对寒冷岩石系外行星的观测揭示其可能缺乏厚大气层，表明在失去原始氢后形成的次级大气普遍发生逃逸。然而，模拟表明，由氮和二氧化碳组成的次级大气的水动力逃逸需要强烈的电离辐射(XUV)通量来克服高分子量和高效谱线冷却的影响。这种热的、电离金属(而非氢)的跨声速外流呈现出一个有待探索的新天体物理领域。我们引入了一个解析框架来确定哪些行星保留或失去其大气层，将它们定位在宇宙海岸线的两侧。我们将逃逸大气的径向结构建模为多方膨胀——由局部XUV加热驱动的密度与温度之间的幂律关系。我们的方法使用三能级原子模型诊断谱线冷却，并结合离子-电子相互作用降低平均分子量的效应。至关重要的是，水动力逃逸的起始取决于一个依赖于大气引力束缚的阈值XUV通量。随后的逃逸速率在弱电离时(能量受限)与XUV通量线性相关，或在强电离时受碰撞-辐射恒温器控制。因此，无大气状态取决于XUV通量是否在恒星活跃期超过临界阈值，同时考虑到可消耗的原始氢和火山活动的复兴作用。我们探索了年轻太阳的火星和地球、LHS 1140 b和c以及TRAPPIST-1 b的大气逃逸。我们的模型刻画了大气损失对可观测类地球栖息地出现的瓶颈效应，并为未来研究提供了分析工具。