逸度危机解释了系外亚海王星极多。

自1992年发现第一颗系外行星以来的几十年里，我们意识到我们的太阳系真的十分怪异。既没有热木星这样的气态巨行星围着恒星呼啸而过，几天就能转一圈，也没有亚海王星这种银河系最常见类型的行星。最为关键的是，缺少亚海王星严重地阻碍了我们对类地行星和类海王行星之间的过渡的理解。

开普勒太空望远镜（Kepler Space Telescope）自2009年至2018年进行了观测，发现了2,600多颗系外行星，其中近1,000颗行星被归类为亚海王星。但是类海王行星就相当稀少了，尽管类海王行星只是稍微大了一点。这个半径悬崖(图1)将亚海王星（半径<3R，其中R是地球半径）与海王星（半径>3R）分开。是什么导致了图中折线如此急剧的下降呢？当代作者们探讨了这个问题。

图1。系外行星的半径分布。两个灰色条带代表两个不同的研究项目。半径悬崖用虚线表示，在3 R附近。

以前型号的缺点

大质量气态行星基本由…对的…气体组成。尤其，其中大部分都是氢分子,H2。天王星和海王星这样质量较小的气态行星比木、土这类行星拥有占比更大的氦和甲烷。但它们的大气成分依然是原始氢。因此，先前在解释海王星半径下的断层时，主要是着眼于氢大气的盈亏。

太阳系中气态巨行星的大气组成

木星和土星的大气层主要由氢气构成，在大气层深处的高压下，氢气会转化为金属氢。海王星和天王星要更冷和小一些，表面有冰层覆盖，并且它们的大气层比木星和土星含有更多的氦和甲烷。

[NASA/月球和行星研究所]在一个模型中，研究人员提出，行星大气层越厚重(当核心质量相同)越容易被剥离。然而，这个模型不能同时解释“系外海王星”质量的广大范围和半径骤差。其他研究人员则关注另一面--在原行星盘消散的同时，它也吸积了更多大气层。随着行星盘消失，行星的大气来源也随之消失，行星的生长也被切断。但是，由于该模型与行星盘的性质和寿命密切相关，因此该模型很可能不是半径骤差问题的通用解决方案。那么，该如何解释呢？

一个活跃的行星核心

一种重要的假设兼容了之前的两种解释，认为行星核心同时具有化学惰性和热惰性。也就是说：它完全不和大气发生相互作用。然而以我们的地球为例，从炎热天气道路上的热辐射波，到水和碳循环的存在，都表明惰性核心可能不是一个有效的假设(尽管地球的结构与气体巨行星不同)。

今天，作者已否定了行星核心不与大气相互作用的假设。此外，气体巨行星的深层大气隔离并减缓了其核心的冷却，使得岩浆海洋直接接触大气层。作者接着研究了氢在岩浆中的溶解度是如何取决于各种大气属性的，如压力和温度。

亨利定律）由于有高压。因此，随着越来越多气体汇入大气层，越来越多的H2溶入到岩浆中，该星球的整体半径不再增长。研究者们将这种高压下H2的非线性溶解特性称为“逸度危机”。这里的逸度表示气体溶解到邻近液体的能力。研究者们发现，半径在2-3 R的sub-Neptunes（亚海王星？）之所以非常多，是因为这些尺寸范围的星球的大气压都达到了将H2溶入岩浆的要求。然后，一旦岩浆饱和，不再溶入H2后，星球半径将继续增大。但存在足够的气体促使达到饱和点的星球可谓是凤毛麟角。由此，存在着半径限（The radius cliff）。

图3 和图1一致，但另外还加入了作者的模拟结果。黑线表示的是不会渗入岩浆的惰性气体的情况。蓝线表示的是随压力增加，H2按亨利定律线性溶入岩浆中的情况。红线展示的是作者的工作，它考虑到了非线性的情况，存在图中虚线所示的半径限。

更加完整地描述亚海王星

今天的论文展示了重新审视假设和考虑外来因素去解释有趣的现象的重要性。尽管作者复制了海王星和亚海王星分开的半径悬崖，他们注意到未来的研究仍需继续。在亚海王星深部，基本上没有关于H2在岩浆中真正溶解度的实验数据，因为没有接地容器可以容纳岩浆。作者改为从较低温度和气压测量中推断。此外，岩浆-大气界面可能不是硬界面，而是更模糊，这可能会改变H2溶解到岩浆里的方式。最后，作者指出不同的核心组成也可能改变岩浆与大气的相互作用。

从好的一面来说，作者的非线性H2溶解模型做出了大量的预测，包括半径悬崖的陡峭程度，对行星盘的不依赖性，以及亚海王星大气中存在的分子的比率。来自TESS的未来数据促使天文学家们去检验这一最新假设，并使我们进一步理解行星是如何形成的。