多短周期行星系统的动力学不稳定很可能由长期混沌驱动：以 Kepler-102 为例

我们研究了高多重性 Kepler 与 K2 行星系统的动力学稳定性。我们的数值模拟在约 20\% 的案例中发现了不稳定，时间尺度跨度很大（长达 $5\times10^9$ 轨道），且初始动力学间距范围出乎意料地宽。为识别多行星系统长期不稳定的触发因素，我们详细研究了五行星 Kepler-102 系统。尽管存在若干近共振周期比，我们发现对于该系统中合理的行星质量，平运动共振不太可能直接引发不稳定。相反，我们有力证据表明，通过长期混沌的角动量亏缺（AMD）缓慢向内转移激发了最内侧行星 Kepler-102 b 的偏心率，最终在约 80\% 的 Kepler-102 模拟中导致行星间碰撞。Kepler-102 b 的质量很可能 $>\sim0.1M_{\oplus}$，因此体密度超过地球的大约一半，以避免动力学不稳定。为探究长期混沌在更广泛模拟中的作用，我们用由短积分（$5\times10^6$ 轨道）功率谱计算的“谱分数”刻画每个行星系统的 AMD 演化。我们发现小谱分数（$\lesssim0.01$）与长时标（$5\times10^9$ 轨道）上的动力学稳定性强相关，且至不稳定的中位时间随谱分数增大而减小。我们的结果支持如下假设：长期混沌是许多非共振多行星系统不稳定的驱动因素，同时也证明谱分析方法是一种从短模拟诊断多行星系统长期（不）稳定性的高效数值工具。