太陽(yáng)系外類地行星在長(zhǎng)期劇烈恒星活動(dòng)中能否保留大氣層，是評(píng)估其宜居性的關(guān)鍵。M型紅矮星周圍的巖石行星因長(zhǎng)期暴露于強(qiáng)恒星風(fēng)和高能輻射，大氣演化機(jī)制尚不明確。美國(guó)開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的Kepler-1649系統(tǒng)（含兩顆地球大小行星：Kepler-1649 b位于宜居帶內(nèi)側(cè)，c位于宜居帶內(nèi)）圍繞M5V型恒星運(yùn)行，為研究此類行星在極端環(huán)境中的大氣演化提供了理想平臺(tái)。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心，聯(lián)合美國(guó)波士頓大學(xué)以及國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的學(xué)者，針對(duì)Kepler-1649 b和c與恒星風(fēng)相互作用，構(gòu)建了多成分的磁流體動(dòng)力學(xué)（MS-MHD）模型，并借助這一模型模擬了Kepler-1649 b和c在0.8至4.0Gyr時(shí)間跨度內(nèi)，由恒星風(fēng)和極紫外輻射驅(qū)動(dòng)的大氣離子逃逸過(guò)程。研究團(tuán)隊(duì)引入了恒星自轉(zhuǎn)制動(dòng)模型計(jì)算時(shí)變恒星風(fēng)參數(shù)，并基于M型紅矮星觀測(cè)校準(zhǔn)的極紫外輻射演化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該系統(tǒng)大氣離子侵蝕過(guò)程的長(zhǎng)期定量預(yù)測(cè)。

　　研究發(fā)現(xiàn)，兩顆行星的離子逃逸率隨恒星年齡呈現(xiàn)系統(tǒng)性衰減，并通過(guò)非參數(shù)LOWESS回歸捕捉到這一趨勢(shì)。在4.0Gyr時(shí)，總體逃逸率較早期降低2至3個(gè)數(shù)量級(jí)，氧原子離子O+貢獻(xiàn)了逃逸總量的98.3%至99.9%。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，行星軌道距離對(duì)長(zhǎng)期剝蝕效率產(chǎn)生非單調(diào)影響。在0.8Gyr時(shí)，行星b的O+逃逸率達(dá)4.47×1027 s-1，為行星c的3.79倍；在4.0Gyr時(shí)，行星b的逃逸率降至2.22×1024 s-1，比行星c低39.5倍。

　　這一反轉(zhuǎn)現(xiàn)象源于恒星風(fēng)快速磁聲馬赫數(shù)隨年齡下降至1附近或以下，導(dǎo)致恒星—行星相互作用進(jìn)入亞磁聲速區(qū)，形成類似木衛(wèi)三磁層嵌入木星等離子體流的阿爾芬翼結(jié)構(gòu)，這抑制了大氣剝離效率。盡管早期經(jīng)歷劇烈侵蝕，但累積計(jì)算表明兩顆行星在0.8Gyr至4.0Gyr期間分別損失約0.32bar和0.16bar的CO2當(dāng)量大氣，仍可能保留濃厚大氣層。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》（The Astrophysical Journal Letters）上。研究工作得到國(guó)家留學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院等的支持。