太阳系外行星系统轨道参数的统计研究

自1995年第一颗类太阳恒星周围的系外行星发现以来,随着已发现的系外行星数目的增多,对系外行星性质的统计分析变得重要和有意义。截至2011年6月9日,共发现系外行星555颗。以这些系外行星的轨道参数为依据,对系外行星的性质进行统计分析,得出了一些有意义的结论。同时简要介绍现有的行星形成与演化模型并依据得出的行星统计性质对其进行检验,这对于系外行星的进一步探测具有一定的指导作用。     

十大太阳系外行星排行榜

几十年来,天文学家们一直在天空中搜寻围绕其他恒星公转的行星。但一直颗粒无收,直到1991年亚历山大·沃尔兹岑（Aleksander Wolszczan）和戴尔·弗雷尔（Dale Fral]）在奇特的脉冲星PSR B1257＋12周围发现了一个行星系统。4年后,米切尔·梅厄（Michel MaYor）和迪迪埃·克洛茨（D1dler Queloz）则在一颗普通的恒星飞马51周围发现了一颗木星大小的行星,它每4．2天就会绕其宿主恒星转动一周。     

太阳系动力学中当前的重要课题

以当前太阳系动力学中的重要课题以及研究方法进行讨论，并提出一些看法，课题中主要讨论动力学模型，轨道共振，行星环，混沌和长期演化，近地天体运动，Kupiper带，太阳系中的引力理论，以及其他有关问题。     

“科罗塔”与太阳系外行星的探测

太阳系外行星的探测无疑是最近十几年间最热门的天文学领域之一。其实,早在三百年前,荷兰著名科学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）就曾想到过,如果夜空中的繁星都是远方的太阳的话,那么它们周围也应该有行星存在。但惠更斯很快就意识到。以当时的技术水平远远无法满足这一观测需求。一直到1992年,人类才通过射电望远镜发现了第一颗系外行星,而令人惊诧的是,     

GJ 876行星系统中潜在类地行星研究

用数值积分方法模拟探讨了GJ876行星系统中存在潜在类地行星的可能性．结果表明分别产生于内外两颗巨行星的长期共振v_1和v_2可激发类地行星(其轨道半长轴分布在0．21AU≤a＜0．50AU之间)的偏心率,并使它们在极短时间内被抛射出系统．然而,从动力学角度而言,类地行星潜在存在区域可分布在0．50 AU≤a≤1．00 AU之间,其能在系统中10~5年时间尺度上稳定地存在．     

HD 82943行星系统的2:1共振与稳定性

用直接数值积分方法通过模拟不同的行星构型探讨了HD82943行星系统(由两颗共振的巨行星组成)的长期动力演化,同时,还研究了在相空间的轨道运动.在对系统长达107年数值积分中,发现所有的稳定轨道均与2:1共振相关联.典型地,在相同的时标内,两个共振幅角θ1和θ2同时(或其中之一)存在秤动.由于共振幅角在一定范围内的秤动,因而使两颗行星轨道半长径被约束而表现为规则运动模式.另外,利用分析模型(包含了外行星偏心率e2的因素),还讨论了对于不同取值的e2和相对近星点经度θ时,内行星在相空间的运动,并发现2:1轨道共振对于相对较小的e2以及当θ=0°时易于保持.此外,适中的e2将导致系统的两颗行星进入深度共振状态.再者,分析模型和数值计算的结果吻合得很好,两者都揭示了行星系统的2:1共振结构.     

多目标太阳系外行星搜寻技术的研究

搜寻太阳系外行星不仅具有十分重要的天文意义,而且与地外生命的探索紧密相连,关系到人类未来的发展.高分辨率阶梯光栅光谱仪是视向速度法最常用的探测仪器之一,随着探测精度的提高,这种仪器要求更加苛刻的工作环境和更加高昂的研制费用.1997年,David J.Erskine发明了一种视向速度法的改进技术—外部色散干涉技术(EDI).通过将固定延迟迈克尔逊干涉仪与中分辨率光谱仪组合使用,能够有效地提高视向速度的探测精度.大口径大视场LAMOST望远镜配备有16台可切换到     

HD 12661行星系统构形的形成与稳定性

最近的多普勒观测表明恒星HD 12661周围存在两颗中等偏心率轨道上运行的行星,内行星的最小质量为2．3木星质量,轨道周期为263．6天;外行星的最小质量为1．57木星质量,轨道周期为1444．5天．该系统的稳定性要求两颗行星处在平运动轨道共振．用数值方法研究了该系统形成初期在恒星气体盘作用下的轨道迁移与稳定性,计算了行星在迁移中被平运动共振俘获的概率．发现这两颗行星目前很可能正处在11:2平运动共振边缘,且运动是混沌的,从而澄清了关于系统目前构形的不同说法,并且很可能在系统形成后行星迁移到目前构形时,气体盘几乎消失了．     

天体运动的轨道偏心率研究概述---从恒星系统到行星系统

偏心率是描述天体运动轨道的重要参数之一, 能够为揭示天体的动力学演化提供重要线索, 进而帮助理解天体形成与演化的过程及背后的物理机制. 随着天文观测技术的不断发展, 人们对于天体运动轨道的研究已经走出太阳系, 包含的系统也从大质量端的恒星系统延伸到了低质量端的行星系统. 聚焦天体轨道偏心率研究, 回顾了目前在恒星系统(包括主序恒星、褐矮星以及致密星)和行星系统(包括太阳系外巨行星以及``超级地球''、``亚海王星''等小质量系外行星)方面取得的进展, 总结了不同尺度结构下偏心率研究的一些共同之处和待解决的问题. 并结合当下和未来的相关天文观测设备和项目, 对未来天体轨道偏心率方面的研究工作进行了展望.     

热海王星系统HD 106315的近$2:1$ 平运动共振捕获与轨道演化

通过结合理论分析和数值模拟方法,可以对热海王星系统HD 106315轨道迁移中的近2:1平运动共振捕获机制以及潮汐作用下的演化过程进行研究.在轨道迁移阶段,初始轨道半长径、初始偏心率以及行星c的偏心率衰减系数K会对系统轨道构型产生影响.数值模拟结果显示当初始轨道半长径分别为ab～0.4 au、ac～0.8 au,偏心率eb和ec均小于0.03时, HD 106315b和HD 106315c在中央恒星的引力作用以及原行星盘粘滞作用下向内迁移, 65000 yr左右两颗行星均可迁移至当前观测位置附近并形成近2:1平运动共振捕获.此外,中央恒星的潮汐效应也可能会对行星系统共振构型产生影响,理论分析表明当行星潮汐耗散系数Q=100时,潮汐效应造成的轨道半长径衰减使系统轨道周期比发生的变化可能是系统脱离共振构型的原因.数值模拟结果显示, HD 106315系统内两颗行星Q103时,来自中央恒星的潮汐效应并不会使行星系统产生明显的偏心率和轨道半长径衰减,不足以使HD 106315行星系统在剩余寿命内脱离2:1平运动共振轨道构型.     

双星系统中行星的形成及动力学

自1995年在类太阳恒星周围发现第1颗太阳系外行星(简称系外行星)以来,到目前为止发现的系外行星数目已达500多个.恒星一般诞生在双星系统中,因此在双星系统中发现行星是很自然的.目前的观测统计显示,双星系统中具有行星的恒星比例大概为17％.显然这个比例应该看成一个下限,因为很强的观测选择效应使很多行星观测计划避开了双星系统.目前发现的有行星的双星系统大都为S型,即一颗伴星围绕着里面的恒星-行星系统公转.一般S型的双星轨道间距在100 AU以上,不过目前也发现了4个S型双星轨道间距在20 AU左右.这些系统包括Gamma Cephei、GJ 86、HD41004和HD 196885.除了以上介绍的S型双星,还有一类叫P型,即行星围绕两个恒星公转.P型的双星到目前为止只发现并确认了两例.本论文将主要研究S型双星系统中的行星形成. 在第1章,我们首先概括了到目前为止有关单星和双星系统中行星的观测特征.然后,我们系统地介绍了有关行星形成的理论模型,特别是这些理论模型应用到双星系统中时需要考虑的情况变化.双星系统中,由于伴星的引力扰动,行星形成与之在单星系统中相比变得更加复杂.伴星的引力可以激发起星子的轨道,从而使得它们的碰撞速度增大到大于星子的表面逃逸速度,甚至大于使星子碎裂的极限速度.行星形成的中间(第2)阶段—从星子到行星胚胎,因此变得问题重重和扑朔迷离.我们接下来的内容将主要集中在这个问题很多的中间阶段,看星子能否以及如何顺利通过这个阶段.     

太阳系外行星探测方法及统计特征

太阳系外行星的探测和研究在过去十几年取得了重大进展,仅2007年就发现62颗太阳系外行星,随着行星物理学、天体生物学等学科的兴起,必将掀起对太阳系外行星研究的一次浪潮.简要回顾了太阳系外行星研究的发展历史,介绍了探测太阳系外行星的主要方法和手段,并对方法本身的特点展开分析论述,列出了各种方法应用的最新进展.对已发现的270多颗太阳系外行星进行了统计分析,得出了一些预见性的结论.     

Chaotic Dynamics of Satellite Systems

We consider the problem of calculating the Lyapunov time (the characteristic time of predictable dynamics) of chaotic motion in the vicinity of separatrices of orbital resonances in satellite systems. The primary objects of study are the chaotic regimes that have occurred in the history of the orbital dynamics of the second and fifth Uranian satellites (Umbriel and Miranda) and the first and third Saturnian satellites (Mimas and Tethys). We study the dynamics in the vicinity of separatrices of the resonance multiplets corresponding to the 3 : 1 commensurability of mean motions of Miranda and Umbriel and the multiplets corresponding to the 2 : 1 commensurability of mean motions of Mimas and Tethys. These chaotic regimes have most probably contributed much to the long-term orbital evolution of the two satellite systems. The equations of motion have been numerically integrated to estimate the Lyapunov time in models corresponding to various epochs of the system evolution. Analytical estimates of the Lyapunov time have been obtained by a method (Shevchenko, 2002) based on the separatrix map theory. The analytical estimates have been compared to estimates obtained by direct numerical integration.__________Translated from Astronomicheskii Vestnik, Vol. 39, No. 4, 2005, pp. 364–374.Original Russian Text Copyright © 2005 by Mel’nikov, Shevchenko.     

The Dynamics of Ejecting Stellar Systems

We consider the ejection of one stellar system from the centre of another stellar system, representing both by Plummer models. Using the impulsive appoximation, we derive analytically the overall and differential energy changes and also the mass escape from the systems. We compare the results with those obtained for colliding systems.We find that the disruptive effects are considerably less in the case of ejection. If the ejected system is compact, it escapes with negligible disruptive effects.In the case of ejections, stars are also accelerated in the direction of motion of the system. Using a dimensionless parameter λ defined as the ratio of the squares of the stellar velocity perturbations in the direction of motion of the system and perpendicular to it, we find a significant difference between ejecting systems and colliding systems. In fast head-on collisions of spherical stellar systems, the systems become elongated in the direction perpendicular to the direction of motion whereas in the case of ejecting systems, they also become elongated in the direction of motion. These effects are more pronounced in the outer regions of the smaller system and the innner regions of the bigger system. These effects are enhanced if the ejected system is compact.     

Formation of a White-Light Jet Within a Quadrupolar Magnetic Configuration

The cadence and resolution of solar images have been increasing dramatically with the launch of new spacecraft such as STEREO and SDO. This increase in data volume provides new opportunities for solar researchers, but the efficient processing and analysis of these data create new challenges. We introduce a fuzzy-based solar feature-detection system in this article. The proposed system processes SDO/AIA images using fuzzy rules to detect coronal holes and active regions. This system is fast and it can handle different size images. It is tested on six months of solar data (1 October 2010 to 31 March 2011) to generate filling factors (ratio of area of solar feature to area of rest of the solar disc) for active regions and coronal holes. These filling factors are then compared to SDO/EVE/ESP irradiance measurements. The correlation between active-region filling factors and irradiance measurements is found to be very high, which has encouraged us to design a time-series prediction system using Radial Basis Function Networks to predict ESP irradiance measurements from our generated filling factors.     

Evaluating the Impact of Optical Axis Stability on Exoplanet Detection

For detecting exoplanets with high precision,using the angular distance between the two stars to detect the periodic motion of the star will be a better choice....     

柯伊伯带结构形成动力学

柯伊伯带是指位于海王星轨道外的小天体构成的盘状区域.一般认为柯伊伯带小天体是早期太阳系物质凝聚成各大行星后的残留物,因此这些小天体能够为研究外太阳系的形成与演化提供很多重要的线索.该文首先介绍了柯伊伯带的发现历史及它的主要观测特征,然后回顾了近年来提出的形成这些特征的机制,最后讨论了柯伊伯带中有待解释的主要问题.     

磁弧剪切动力学和日珥的形成

日珥的观测显示存在着强的磁场剪切分量,本文研究了剪切在日珥形成中的积极作用。首先计算一个二维偶极势场当脚根受对称剪切后产生怎样的物理现象。作了三种情形的数值模拟。计算表明产生蘑菇状流动是个普遍规律,在某些条件下将形成弧顶凹陷。为了说明蘑菇流的物理起因,我们探讨了演化初期的线性渐近解。保留一阶量下导出了剪切速度W_z和磁场剪切分量B_x的解析解,对二维流动V_x,V_y求出了近似解:流的振幅随时间指数增长。对于弧顶凹陷,给于了定性的说明:磁浮力-(1/c)J_xB_x和形变阻尼力(1/c)J_zB_x之间的相互作用导致弧预变平凹陷,并把剪切区磁力线打开成为开场。弧顶凹陷是形成日珥的重要条件。冕弧加热量的略微减小,产生初始的热不稳定性,在凹陷处物质凝聚温度降低,弧脚根处因色球受蒸发而流入的物质沿管上升进入弧顶陷阱,加剧了热不稳定性,物质进一步变密,温度再降,最终形成了日珥。