太阳系外行星的凌星时刻变化研究

Since 1990s, the discovery of the first extrasolar planet (abbreviation: exoplanets ) orbiting a main sequence star, the study of exoplanet has been a hotspot in the forefront of international research. Recently, the Kepler program has pushed this area to a new era. Using the transit method, Kepler has discovered thousands of exoplanet candidates, and the transit timing variations (TTVs) play a crucial role in confirming and characterizing the planetary systems. Because of the importance of TTV and its broad prospects for the future, we propose a project to carry out a systematic study of TTV from the angles of theory, observation and statistics. Specific content includes (1) TTV modeling for higher order of mean motion resonance and/or for resonance chain, (2) applying TTV modeling to transit data to confirm and characterize more planetary systems, and (3) to obtain a larger TTV sample for statistical study, which can reveal some valuable constraints on planet formation and evolution. This project aims to obtain more TTV discoveries and a systematic understanding of their dynamical nature, thus further increasing our knowledge and understanding of planetary system formation and evolution. Successful implementation of the project will place a solid foundation for the domestic and international exoplanet detection and research in the near future.

自上世纪九十年代第一颗太阳系外行星（简称：系外行星）发现以来，系外行星一直是国际科研的前沿热点。近年来用凌星法研究系外行星的Kepler计划将这一领域推向了高潮。其中凌星时刻变化（简称：TTV）的研究更是在证认、刻画和理解这些系外行星方面发挥着关键作用。正是基于TTV的重要性和将来的广阔前景，本项目拟综合理论，观测和统计三方面，开展对TTV的系统研究。具体内容包括：（1）TTV在高阶和多体共振情况下的理论建模；（2）将已有和拓展的TTV模型应用于国内外凌星观测资料分析，证认和刻画更多的系外行星系统；（3）获得一个更大的TTV样本用于统计分析，归纳出一些对行星形成理论有参考价值的统计性质。本项目将致力于获得更多TTV发现，并对TTV系统及其动力学本质有更加系统的认识，从而进一步增加我们对行星系统形成与演化的知识和理解。项目的成功实施可为不久的将来参加国际国内的系外行星探测和研究打下基础。

自上世纪九十年代第一颗太阳系外行星（简称：系外行星）发现以来，系外行星一直是国际科研的前沿热点。近年来用凌星法研究系外行星的Kepler计划将这一领域推向了高潮。..系外行星凌星研究的一个重要方面是凌星的计时（transit timing）研究。它主要包括凌星时刻变化（Transit Timing Variation,简称TTV）和凌星时长（Transit Duration，简称TD）两个关键点。在TTV的研究中，本项目提出一种新的TTV探测方法，发现一百多个新的TTV系统。而在TD的研究中，通过统计凌星TD的分布，本项目的研究得到了系外行星的轨道分布规律，发现大多数系外行星的轨道是近圆形的，进而表明太阳系行星的轨道构型在宇宙中是有一定代表性的。..系外行星凌星的另一个重要方面是研究它们的宿主恒星。正如，了解孩子往往要从他们的家长和家庭着手一样。对宿主恒星的准确认识为进一步研究系外行星的性质及其与宿主恒星的关系打下了必要的基础。本项目结合Kepler的行星凌星数据以及LAMOST的恒星数据发现了一种类似热木星的新的系外行星族群—热海星。这对进一步理解热木星以及所有短周期行星的形成和演化具有重要意义。此外，结合Kepler的光变曲线和KECK望远镜的成像和视向速度数据，本项目也研究了双星系统对凌星系统的各项性质的影响，发现近距离双星抑制行星形成的观测证据。