热木行星潮汐耗散与轨道动力学

The growing sample of exoplanets promotes to yield surprises in dynamical formation and evolution of planetary system. Up to March 2016, 2086 exoplanets have been observed in 1330 planetary systems, in which includes 509 multiple planet systems. Most of these planets are gaseous and giant, and very close to the host stars and with high orbital eccentricity. The close-in gas giant planets with mass of Jupiter-like planets are referred to as hot Jupiters, their orbital angular momentum axes are misaligned with respect to the host star’s axis. The hot Jupiters could not have formed in situ, given the large stellar tidal gravity and radiation fields close to their host stars, and must have formed beyond a distance and migrated inward. In this proposal, we focus on the orbital migration of hot jupiters in stellar binaries through Lidov-Kozai effect with tidal dissipation based on the theory of equilibrium tides, and hope to have a deep understanding for the characteristics of their orbital distribution.

太阳系外行星的发现，为行星系统的形成机制和动力学演化等方面研究提供了全新的样本。截止到2016年3月，人们共已发现了2086颗太阳系外行星，隶属于1330 行星系统，其中包含509个多行星系统。在已发现的系外行星中，大多数行星的质量与木星质量相当，且它们多数均靠近恒星和具有较大的轨道偏心率和轨道倾角。人们通常将靠近恒星的气态巨行星称为热木行星（Hot Jupiter）。行星形成理论表明，这些热木行星不能再现在的位置上形成，而是从远处经过轨道迁移来的。本项目将基于平衡潮和第三体摄动一般理论，研究潮汐耗散与Lidov-Kozai效应共同作用下，热木行星轨道迁移动力学过程，以期解释其轨道分布特征。

首先，基于平衡潮理论和弱摩擦建立了行星轨道与自转角动量不重合情形下的潮汐耗散一般分析模型，分别包含了轨道运动和自转运动；其次，完成了在16极矩近似下摄动函数分析展开；最后，研究了Lidov-Kozai效应与潮汐耗散的相互作用，它依赖于潮汐耗散与第三体长期共振时标之比这一关键参数。当此关键参数显著小于1时，轨道与自转角动量轴可以长时间保持在不重合状态，甚至在整过演化过程中；当此参数大于1时，系统很快进入稳定状态，轨道与自转角动量重合或固定于大于发生LIdov-Kozai共振的临界轨道倾角的某个倾角。.另外，还开展了处于共轨运动轨道稳定性和盘摄动下轨道动力学研究，并取得了很好的进展。