潜在宜居系外行星的动力学演化与自旋 - 轨道共振：以 GJ 667C 为例

我们研究了围绕附近 M 型矮星运行的至少两颗系外行星组成的多重系统中，潜在宜居超级地球 GJ 667Cc 的动力学演化，特别关注其自旋 - 轨道状态。对该恒星已发表的径向速度数据进行了重新分析，发现了额外的周期性信号证据，这可能被解释为两颗处于偏心轨道上的额外行星。然而，此类系统在动力学上不可行，并在数值积分中迅速瓦解。将范围限定在最初探测到的两颗行星上，我们评估了系统的动力学稳定性，并未发现轨道运动中存在有界混沌的证据。研究发现，行星 b 和 c 的轨道偏心率分别在 0.06 - 0.28 和 0.05 - 0.25 范围内周期性变化，周期约为 0.46 年。考虑到偏心率的变化，我们对模拟行星 GJ 667Cc 与其宿主恒星之间自旋 - 轨道相互作用的微分方程进行了数值积分，假设其地幔具有类地成分。取决于行星内部温度，它很可能被捕获在 3:2（概率 0.51）甚至更高的自旋 - 轨道共振中，而达到 1:1 共振的可能性较小（概率 0.24）。估计的两颗行星的特征自转减慢时间相当短，即行星 c 在 1 Myr 以内，行星 b 更短。两颗行星早在很久以前就已到达其当前且最可能是最终的自旋 - 轨道状态。GJ 667 系统中行星的潮汐耗散率极高，估计行星 c 和 b 分别为 $10^{23.7}$ 和 $10^{26.7}$ J yr$^{-1}$。这引发了一个疑问：如此相对大质量、近距离的超级地球如何能在过热和毁灭中幸存下来。