大小超过地球三倍的行星，为什么会停止生长？木星土星只是个例？

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多年来，据我们所知，太阳系在宇宙中是孤零零的。然后，更好的望远镜开始揭示围绕着遥远恒星旋转的行星宝库。如早在2014年美国国家航空航天局(NASA)的开普勒太空望远镜就为科学家们提供了700多颗全新的遥远行星，其中许多与我们之前看到的不同。这些行星体积较小，大部分质量都是岩石，而不是像木星这样的气体巨星，因为它们更容易被观测到，所以早期的观测首先发现了热木星。

天文学家注意到，有许多这样的行星，大小和地球差不多，或者略大于地球，但在行星达到海王星大小之前，行星大小有一个陡峭的截止点。芝加哥大学的行星科学家埃德温·凯特说：这是数据中的悬崖边缘，而且相当戏剧性，我们一直在困惑的是，为什么超过地球三倍大小的行星往往会停止生长。在新发表在《天体物理学》期刊上的一篇研究论文中，凯特和华盛顿大学、斯坦福大学和宾夕法尼亚州立大学的同事们，为这种下降提供了一个创新的解释：

一旦行星达到地球的三倍大小，这些行星表面的岩浆海洋就很容易吸收大气层。答案可能取决于此类系外行星鲜有研究的一面，大多数略小于落差大小的行星表面都有岩浆海洋，就像曾经覆盖地球的熔岩海洋。但它们并没有像地球那样凝固，而是被一层厚厚的富氢大气所保持着温度。到目前为止，几乎所有的模型都忽略了这种岩浆，把它当做化学惰性对待，但液态岩石几乎像水一样流畅，非常活泼。

随着行星获得更多的氢，海洋是否会开始“吞噬”天空。在这种情况下，随着行星获得更多的气体，它在大气中堆积，大气与岩浆相遇的底部压力开始建立。起初，岩浆以稳定的速度吸收气体，但随着压力的增加，氢开始更容易溶解到岩浆中。不仅如此，留在大气中的少量添加气体还会提高大气压力，因此更大比例较晚到达的气体会溶解到岩浆中，因此，行星的增长在它达到海王星大小之前就停止了。

因为这些行星的大部分体积都在大气层中，所以大气层的缩小会导致行星的收缩。研究人员称这为“逸度危机”，这个术语衡量的是一种气体，比基于压力的预期，更容易溶解到混合物中的程度。这一理论与现有的观察结果非常吻合，未来天文学家还可以寻找几个标志物。例如，如果理论是正确的，具有足够冷的岩浆海洋的行星表面已经结晶，应该表现出不同的轮廓，因为这将阻止海洋吸收如此多的氢。

博科园｜研究/来自：芝加哥大学
参考期刊《天体物理学》
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