M型矮星系统中从星子生长到行星的过程研究

In this project, we study the planetary formation mainly on the process from the planetesimals growing up to planets around M dwarf stars. We investigate the effect of the speed of type I migration, aerodynamical gas drag, and the perturbation of giant planets on the formation process. It is an important question in the theory of planetary formation and evolution and it is also one of the topics at the forefront in the field of modern celestial mechanics research. Under these conditions, we will obtain a reasonable limitation on the speed of type I migration, the distribution of planets especially the habitable planets, and the change caused by the aerodynamical gas drag and giant planets. Comparing the results with observations, we will get more conclusions in planetary formation and evolution. Through carrying out the project, the study will be helpful to broaden the comprehension on the formation of solar system and extrasolar planetary systems, uncover more details in formation process, make the theory of planetary formation better, and provide theoretical explanation and guidance for observing of extrasolar planets.

本项目研究M型矮星系统中从星子开始生长为行星胚胎到行星的过程，主要考虑第一类轨道迁移速度、气体阻尼力、存在大质量气态巨行星三个因素对该过程的影响，以及对系统中最终形成行星的分布的影响。这是行星系统形成与演化理论中的重要问题，也是现代天体力学研究中的前沿课题之一。本项目通过研究不同条件下形成的类地行星分布特点并与观测结果对比，将得到目前尚无定论的第一类轨道迁移速度的合理范围；解释矮星系统中类地行星的分布尤其是宜居行星的分布特点；揭示气体阻尼力、气态巨行星的存在对星子生长到行星过程的影响。这些结果有助于加深对太阳系和系外行星系统的形成与演化的理解，展现更多行星形成过程中的细节，完善行星形成理论，为系外行星的观测提供理论解释和指导。

本项目研究了系外行星系统中行星的形成过程。从统计研究的角度获得行星的形成演化过程，包括了矮星系统和类太阳系统。考虑不同的第一类轨道迁移速度的影响，与观测数据做比较，得到合理的迁移速度范围，获得行星的分布特点；针对系统中已经有气态巨行星存在的情况，研究行星从星子开始的生长过程；以统计结果为基础，针对特殊系统研究其形成演化历史。在此项目资助下，申请人及其项目组成员主要完成的研究内容包括：（1）探索轨道迁移对矮星系统中行星形成的影响：对Kepler计划中发现的近3:2和2:1共振构型的研究，提出了一种解释这种构型形成的可能机制，发现这种构型可能是系外行星系统中普遍存在的现象，获得了形成这种构型所需要的恒星条件并将该结果运用到具体的Kepler系统中；（2）研究了气态巨行星对矮星系统中行星形成的影响，结论显示合适的第一类轨道迁移速度以及气态巨行星的迁移过程将会有利于类地行星的形成；（3）研究了类太阳系中从星子到行星的生长过程结果发现气态巨行星迁移过程将导致内部形成较多大质量的类地行星且最终系统中可出现近4:2:1共振的构型，这些结果可以解释Kepler-102，402，238，302的形成过程。项目执行过程中，项目组成员共发表论文6篇，其中SCI论文2篇，会议论文2篇。此外，项目组成员还积极参加国内外学术交流活动，多次在会议上做学术报告和墙报展示并开展了国际合作研究活动。