近期，中国科学院云南天文台恒星物理研究团组硕士研究生周均达和导师郭建恒研究员，与中国科学院新疆天文台、中山大学合作，对近邻岩质系外行星GJ 486b的原生富氢大气逃逸和水含量演化进行了详细研究。相关研究成果已于2026年5月5日正式发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。

随着越来越多类地行星的发现，它们的宜居性受到了广泛关注。由于晚型恒星早期很强的X射线和极紫外（XUV）辐射会驱动剧烈的大气逃逸，蒸干行星的大气和海洋。因此其附近类地行星上水的保留与否就成为了宜居性研究中的一个重要问题。在其中，M型矮星因其光度低，宜居带距离主星近，成为了目前宜居行星搜寻的重要目标。在M型星周围形成的行星，伴随行星形成而建立的原生富氢大气很可能先于富水大气之前就已经存在。事实上，通过对行星目前富氢大气和水含量的反演，可以反推行星形成初期富氢大气质量和水的含量，从而与行星形成模型的结果进行对比验证。

关于大气反演的工作，前人的研究主要聚焦于富水大气的逃逸，尚未充分研究原生富氢大气如何影响类地行星的水逃逸。在本项工作中，研究团队建立了一个耦合原生富氢大气和水逃逸的模型，系统研究了原生富氢大气的存在对水逃逸的抑制效果。团队利用理论和观测上对行星含水量和富氢大气的限制，对近邻岩质行星GJ 486b的原生富氢大气质量和初始水含量进行了反演。结果表明（图1），即使是很小质量的原生富氢大气也能显著延缓水的逃逸，减少再现当前水含量所需的初始含水量。研究进一步发现行星形成初期富氢大气质量和水含量与行星目前的年龄密切相关。

然而，M型矮星在年龄估计上具有很强的不确定性，此前的工作使用不同的观测数据和年龄估计方法对GJ 486恒星的年龄估计结果分别为3.7、7.8和10.5Gyr，原生富氢大气质量和初始水含量反演的结果对恒星年龄具有很强的敏感性（图1）。为了限制GJ 486b行星的年龄，团队设计了一个基于反演结果与行星形成数据相结合约束宿主恒星年龄的新方法。结果显示（图2），利用这个方法预言的GJ 486的年龄期望约为2.90 Gyr，1σ不确定范围为0.63–5.37 Gyr，99.7%置信区间为 0–10.85 Gyr。此外，团队还使用动力学的方法进行了独立的验证，得到了一致的结果。通过上述研究，GJ 486b初始富氢大气的质量范围为0-0.12个地球质量，对应初始水含量范围最大可达到 60-150 TO，最小在 5-10 TO。

该研究揭示了近距离岩质行星形成时只需要吸积很小质量的原生大气就能够显著降低水的逃逸量，通过约束M型矮星年龄能够反推行星形成初期富氢大气质量和水含量。

该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接

图1：固定恒星年龄为 3.7、7.8 和 10.5 Gyr 时的初始水含量反演结果。横轴表示初始水含量，单位为地球海洋质量（TO）；纵轴表示初始富氢大气质量，单位为地球质量。橙色、蓝色和红色曲线分别对应恒星年龄为 3.7、7.8 和 10.5 Gyr 时，当前含水量中值的反演结果。对于每一个年龄切片，曲线周围的包络区域表示当前含水量不确定区间对应的反演范围。

图2：GJ 486恒星年龄统计结果。X轴表示恒星年龄，蓝色线表示概率密度，使用左侧Y轴，绿色虚线表示累积概率密度，使用右侧Y轴，红色虚线表示数据的期望，对应Gyr。粉色区域对应3σ范围 [0, 10.85] Gyr。