Kepler候选多行星系统的潮汐效应研究

In this proposal, we will investigate the tidal evolution of the Kepler candidate multiplanet systems, using N-body numerical simulation and theoretical analysis. By statistical analysis of the simulation results, the influence of the physical parameters and the orbital parameters such as the mass, radius, orbital semi-major axis and eccentricity of each planet during the tidal evolution of the planetary systems will be shown, then the coupling between Newtonian gravitation and the tidal force is obtained. Because the formation of the short-period exoplanets final orbits is related to their tidal process, we will use the simulation results to explore the formation mechanism of the Kepler candidate multiplanet systems. In addition, we will use the general secular theory to invetigate the dynamical evolution, considering the general relativity, tide and pertation between planets, as a result that each contribution of the above effects will be given. Through the implement of this program, innovative results are expected to be achieved, which may promote our research to take an important place in the field of formation and evolution of the exoplanets all over the world.

本项目将以大批短周期Kepler候选多行星系统为样本，通过N体数值模拟和理论分析的方法研究多行星系统的潮汐演化。通过对模拟结果进行统计分析，给出行星的质量,半径，轨道半长轴和偏心率等物理参数及轨道参数对潮汐演化过程的影响，获得引力效应与潮汐效应的相互作用机制。由于潮汐演化过程与短周期系外行星的最后轨道构型的形成密切相关，因此本项目还将运用潮汐演化的模拟结果，探索Kepler候选多行星系统的形成机制。同时，我们还将利用一般长期摄动理论详细地研究多行星系统中相对论效应、引力摄动及潮汐效应对行星动力学演化的影响。本项目的研究结果有助于加深对多行星系统的潮汐演化过程的理解。通过本项目实施，力争做出有原始性创新的工作，并使我们在系外行星形成与演化等方面的研究在国际上具有重要的显示度。

在本项目中我们主要研究了系外行星系统的潮汐演化过程,主要包括: (1)对大量低质量Kepler行星开展了潮汐演化数值模拟研究，给出了最后行星半长轴分布的统计特征（并与观测比较），突显了潮汐效应对行星轨道最后构型形成的重要影响；(2)对宜居区内类地行星比邻星系统开展了潮汐演化的数值模拟研究，给出了各种因素对行星轨道与自转速率比值的影响，利用理论分析法探讨了在伴星存在情况下的潮汐效应与引力效应的相互作用机制，以及潮汐效应中保守项及耗散项对轨道演化的贡献；(3)基于我们的观测数据，分别研究了WASP-43 b和TrES-3 b这两个系统的恒星潮汐耗散参数下限值及相应的行星剩余寿命等。总之，通过本项目的研究，我们给出了潮汐演化的总体图像，深入探讨了引力摄动、潮汐效应、相对论效应以及它们之间的耦合对行星轨道的影响。在本项目执行期间，项目成员积极参加国内外学术交流。我们已发表国内核心期刊2篇，正在撰写论文1篇。