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距离地球约50光年的地方,一颗行星正在往太空里漏气。它的大气顶层不断有氦气逃走,

距离地球约50光年的地方,一颗行星正在往太空里漏气。它的大气顶层不断有氦气逃走,在身后拖出一条长长的尾巴,身前还顶着另一条。

发现这一幕的天文学家不但不替它惋惜,反而很兴奋。道理不复杂:一颗行星要漏气,前提是它得有气可漏。而这颗行星到底有没有大气,恰恰是天文学家惦记了多年的悬案。

它叫LHS 1140b,绕着一颗名为LHS 1140的红矮星转。红矮星是宇宙里最常见的恒星,个头比太阳小得多,也暗得多。这颗恒星有两颗已知的行星:靠里的LHS 1140c不到4天就绕一圈,挨的辐射大约是地球从太阳接收量的5倍;靠外的LHS 1140b绕一圈约25天,这个距离比水星到太阳还近得多。

可恒星实在太暗,LHS 1140b得到的光照还不到地球的一半。如果这些光都用来给行星加热,它表面的温度恰好允许液态水存在。这正是天文学家盯着它不放的原因。

观测显示,它的质量约是地球的5.5倍,半径约是地球的1.7倍,大概率是一颗以岩石为主的行星,外面可能还裹着可观的水或大气。注意,只是可能。这个系统至少有30亿年历史,而红矮星是出了名的暴脾气,动不动就爆发,喷出大量高能辐射。30亿年轰下来,大气还在不在,谁也说不准。

美国一个研究团队决定去查氦。他们用的是凌星法:行星从恒星面前经过时,会有一小缕星光穿过它的大气,大气里的气体会在这缕光上留下指纹。红矮星在这件事上反而占便宜,恒星本身暗,行星相对显得大,指纹更容易辨认。团队用智利阿塔卡马沙漠拉斯坎帕纳斯天文台(Las Campanas Observatory)的近红外设备盯住了这个系统,结果发表在《科学》杂志上。

结果很干脆。c凌星时,没有测到氦的踪迹;而b凌星前后,氦的信号都冒了出来,范围远远超出行星本身的大小。研究者的解释是,b拖着两条氦气尾巴:身后那条好理解,逃出来的气体被甩在了轨道后面;身前那条可能是恒星风和磁场推出来的,其他行星系统里也观测到过这种跑在行星前头的尾巴。

是什么在把氦往外赶?团队用欧洲的XMM-牛顿卫星(XMM-Newton)观测了这颗恒星,确认它的X射线等高能辐射足够干这件事。他们估算,氦的流失速度约为每秒100吨,差不多是每秒钟往太空里扔一头成年蓝鲸。

对一颗质量是地球5.5倍的行星来说,这算慢性失血,可架不住漏得久。按这个量级漏上几十亿年,差不多正好能漏光一份占行星总质量1.5%的大气。1.5%看着不起眼,其实是个惊人的份额:地球全部大气加起来,还不到地球质量的百万分之一。也就是说,LHS 1140b最初裹着的那层大气,比地球现有的大气厚实了不止1万倍。何况红矮星年轻时更暴躁,早年的漏气速度多半比现在还快。

真正妙的推理在后头:氦在外逃,这件事本身就出卖了大气的成分。

宇宙里的气体以氢和氦为主,行星最初的大气也一样。氢是最轻的元素,如果大气里还剩大量的氢,恒星辐射的能量会先被氢消耗掉,氢冲在前头跑,氦躲在后头反而安全。如今氦毫无遮拦地大量外漏,只能说明一件事:氢早就跑光了。

这套剧本并不陌生。金星、地球和火星都被认为经历过同样的事,原始的氢氦大气丢了个干净,如今的大气是后来重新攒出来的第二版。我们此刻呼吸的,就是地球的第二版大气。

漏气的速度还透露了第二条信息。把气体踢出行星是要花能量的,而恒星能提供的能量就那么多。研究者算了笔账:按现在的能量预算,只有原子量不超过9的原子才逃得掉。原子量粗略地说就是一个原子的分量,氦是4,跑得掉;氧是16、氮是14,都被扣下了。水、甲烷、氨这些分子更重,一个也走不了。

拼起来就是这样一幅图景:一颗大号岩石行星,顶层浮着富含氦的大气,没起反应的氢早已流失;氦层底下多半还压着更厚的一层大气,成分不明,但只要水存在,就跑不掉。

还有个插曲。一年后团队又看了一次,氦的信号不见了。这未必是不漏了,更可能是漏气量降到了仪器的探测线以下。这颗行星的漏气时紧时松,而这种断断续续,或许正是它的大气能撑到今天的原因之一。

天文学有一个概念叫“宇宙海岸线”。离恒星太近,辐射迟早把大气剥个精光,只剩一块裸岩;足够远,大气就能安稳存续几十亿年。一边是岸,一边是海。

这次观测把LHS 1140系统的这条线钉在了两颗行星之间:c留在了岸上,b泡在海里。它还在漏气,但漏掉的只是氦。真正值得看的东西,可能还压在下面。

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图为一颗橙色行星的艺术想象图,画面右下方是它绕行的恒星,照亮了行星远离观察者的一面,图源:NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

信源:Timmer, John. "We've seen helium baked off a rocky exoplanet's atmosphere." Ars Technica, 16 July 2026