太陽系外類地行星在長期劇烈恒星活動中能否保留大氣層，是評估其宜居性的關(guān)鍵。M型紅矮星周圍的巖石行星因長期暴露于強恒星風(fēng)和高能輻射，大氣演化機制尚不明確。美國開普勒望遠鏡發(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。

　　近日，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心，聯(lián)合美國波士頓大學(xué)以及國內(nèi)外科研機構(gòu)的學(xué)者，針對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時間跨度內(nèi)，由恒星風(fēng)和極紫外輻射驅(qū)動的大氣離子逃逸過程。研究團隊引入了恒星自轉(zhuǎn)制動模型計算時變恒星風(fēng)參數(shù)，并基于M型紅矮星觀測校準的極紫外輻射演化，實現(xiàn)了對該系統(tǒng)大氣離子侵蝕過程的長期定量預(yù)測。

　　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，并通過非參數(shù)LOWESS回歸捕捉到這一趨勢。在4.0Gyr時，總體逃逸率較早期降低2至3個數(shù)量級，氧原子離子O+貢獻了逃逸總量的98.3%至99.9%。研究同時發(fā)現(xiàn)，行星軌道距離對長期剝蝕效率產(chǎn)生非單調(diào)影響。在0.8Gyr時，行星b的O+逃逸率達4.47×1027 s-1，為行星c的3.79倍；在4.0Gyr時，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》（The Astrophysical Journal Letters）上。研究工作得到國家留學(xué)基金委員會和中國科學(xué)院等的支持。