近軌道系外行星會收到來自恒星劇烈的X射線和極紫外（EUV）高能輻射。在富氣體的系外行星中，行星大氣會吸收這些高能輻射，從而加熱大氣使其膨脹以克服行星的引力勢能而逃逸到星際介質中，這種現(xiàn)象即行星大氣逃逸。該過程可以使行星損失大量的物質，對行星的組成、演化和可宜居性都有重要的影響。

　　通過分析凌食中的不同波段如光學波段（Hα）和近紅外波段（He λ10830?）譜線的吸收情況即透射光譜，可以研究行星大氣的組成和性質。在一些系統(tǒng)中，同時探測到了多條吸收譜線，但目前能同時解釋多條譜線的工作還非常少見，尤其是同時重現(xiàn)Hα和He λ10830?的透射光譜。

　　中國科學院云南天文臺恒星物理研究團組博士生閆冬冬、導師郭建恒研究員、大樣本恒星演化研究團組李立芳研究員及合作者韓國空間研究院Kwang-il Seon教授和紫金山天文臺的陳果研究員等引入了全新的方法來研究行星大氣中恒星和行星Lyα的共振散射，首次同時重現(xiàn)了系外行星WASP-52b在不同波段透射光譜的觀測，研究了其氫氦大氣的性質，并取得了實質性的進展。相關研究成果發(fā)表于國際著名期刊《天體物理雜志》（The Astrophysical Journal）。

　　在本工作中，研究人員基于課題組開發(fā)的流體動力學逃逸大氣模型和輻射轉移模型，首次使用了球對稱的蒙特卡洛模型來模擬恒星和行星Lyα光子在行星大氣中的共振散射過程，得到Lyα的散射速率Pα分布（如圖1左），用于計算造成Hα的吸收的激發(fā)態(tài)的氫原子分布（如圖1右）。同時，他們細致地計算了亞穩(wěn)態(tài)氦原子的分布。同時模擬了熱木星WASP-52b在光學波段（Hα）和近紅外波段（He λ10830?）透射光譜觀測數(shù)據(jù)（如圖2）。從而限定了行星接收到的恒星X射線和極紫外輻射水平，以及行星大氣中的氫氦豐度比（高于太陽豐度，約為98/2），推斷出這顆行星周圍存在膨脹且逃逸的中性氫和氦氣體，為行星大氣的理論研究提供了新的方法和參考。

　　該成果獲得了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家重點研發(fā)項目和國家自然科學基金等支持。

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圖1. 左圖和右圖分別為基準模型的Lyα散射速率和激發(fā)態(tài)氫原子數(shù)密度在柱坐標中的分布。圖中白色圓圈代表行星本身，周圍是行星大氣。

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圖2. 模型透射光譜與觀測的比較。左圖為Hα透射光譜，其中帶誤差棒的散點為觀測數(shù)據(jù)，紅色實線為最佳擬合模型，該模型的大氣氫氦比為98/2, XUV輻射流量為基準值的0.5倍，X射線流量與總XUV流量之比即譜指數(shù)為0.3。右圖同左圖，但是為He λ10830?透射光譜?？梢钥闯觯罴涯Ｐ涂梢酝瑫r很好地重現(xiàn)兩條吸收譜線的觀測。