逸度危機解釋了系外亞海王星極多。

開普勒太空望遠鏡（Kepler Space Telescope）自2009年至2018年進行了觀測，發現了2,600多顆系外行星，其中近1,000顆行星被歸類為亞海王星。但是類海王行星就相當稀少了，儘管類海王行星只是稍微大了一點。這個半徑懸崖(圖1)將亞海王星（半徑<3R⨁，其中R⨁是地球半徑）與海王星（半徑>3R⨁）分開。是什麼導致了圖中折線如此急劇的下降呢？當代作者們探討了這個問題。

圖1。系外行星的半徑分佈。兩個灰色條帶代表兩個不同的研究專案。半徑懸崖用虛線表示，在3 R⨁附近。

以前型號的缺點

大品質氣態行星基本由…對的…氣體組成。尤其，其中大部分都是氫分子,H2。天王星和海王星這樣品質較小的氣態行星比木、土這類行星擁有佔比更大的氦和甲烷。但它們的大氣成分依然是原始氫。因此，先前在解釋海王星半徑下的斷層時，主要是著眼於氫大氣的盈虧。

太陽系中氣態巨行星的大氣組成

木星和土星的大氣層主要由氫氣構成，在大氣層深處的高壓下，氫氣會轉化為金屬氫。海王星和天王星要更冷和小一些，表面有冰層覆蓋，並且它們的大氣層比木星和土星含有更多的氦和甲烷。

[NASA/月球和行星研究所]在一個模型中，研究人員提出，行星大氣層越厚重(當核心品質相同)越容易被剝離。然而，這個模型不能同時解釋“系外海王星”品質的廣大範圍和半徑驟差。其他研究人員則關注另一面--在原行星盤消散的同時，它也吸積了更多大氣層。隨著行星盤消失，行星的大氣來源也隨之消失，行星的生長也被切斷。但是，由於該模型與行星盤的性質和壽命密切相關，因此該模型很可能不是半徑驟差問題的通用解決方案。那麼，該如何解釋呢？

一個活躍的行星核心

一種重要的假設相容了之前的兩種解釋，認為行星核心同時具有化學惰性和熱惰性。也就是說：它完全不和大氣發生相互作用。然而以我們的地球為例，從炎熱天氣道路上的熱輻射波，到水和碳迴圈的存在，都表明惰性核心可能不是一個有效的假設(儘管地球的結構與氣體巨行星不同)。

今天，作者已否定了行星核心不與大氣相互作用的假設。此外，氣體巨行星的深層大氣隔離並減緩了其核心的冷卻，使得岩漿海洋直接接觸大氣層。作者接著研究了氫在岩漿中的溶解度是如何取決於各種大氣屬性的，如壓力和溫度。

亨利定律）由於有高壓。因此，隨著越來越多氣體匯入大氣層，越來越多的H2溶入到岩漿中，該星球的整體半徑不再增長。研究者們將這種高壓下H2的非線性溶解特性稱為“逸度危機”。這裡的逸度表示氣體溶解到鄰近液體的能力。研究者們發現，半徑在2-3 R的sub-Neptunes（亞海王星？）之所以非常多，是因為這些尺寸範圍的星球的大氣壓都達到了將H2溶入岩漿的要求。然後，一旦岩漿飽和，不再溶入H2後，星球半徑將繼續增大。但存在足夠的氣體促使達到飽和點的星球可謂是鳳毛麟角。由此，存在著半徑限（The radius cliff）。

圖3 和圖1一致，但另外還加入了作者的模擬結果。黑線表示的是不會滲入岩漿的惰性氣體的情況。藍線表示的是隨壓力增加，H2按亨利定律線性溶入岩漿中的情況。紅線展示的是作者的工作，它考慮到了非線性的情況，存在圖中虛線所示的半徑限。

更加完整地描述亞海王星

今天的論文展示了重新審視假設和考慮外來因素去解釋有趣的現象的重要性。儘管作者複製了海王星和亞海王星分開的半徑懸崖，他們注意到未來的研究仍需繼續。在亞海王星深部，基本上沒有關於H2在岩漿中真正溶解度的實驗資料，因為沒有接地容器可以容納岩漿。作者改為從較低溫度和氣壓測量中推斷。此外，岩漿-大氣介面可能不是硬介面，而是更模糊，這可能會改變H2溶解到岩漿裡的方式。最後，作者指出不同的核心組成也可能改變岩漿與大氣的相互作用。

從好的一面來說，作者的非線性H2溶解模型做出了大量的預測，包括半徑懸崖的陡峭程度，對行星盤的不依賴性，以及亞海王星大氣中存在的分子的比率。來自TESS的未來資料促使天文學家們去檢驗這一最新假設，並使我們進一步理解行星是如何形成的。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.Astrobites-曜，Berry,奔跑的藍橙精靈，birdy