Colombo 陀螺的动力学：从行星-盘相互作用产生系外行星自转轴倾角

大的行星自旋-轨道错向（自转轴倾角）可能强烈影响行星的大气环流与潮汐加热。产生自转轴倾角的一个有前景途径是通过自旋-轨道共振，即行星的自旋与轨道进动频率随系统随时间演化而相互交叉。其中一种机制涉及耗散（质量损失）的原行星盘驱动内行星的轨道进动。本文解析地研究该情形，并获得一般初始自旋取向与最终自转轴倾角之间的映射。我们表明：（i）在绝热演化下（即盘以足够慢的速率耗散），作为初始自旋取向函数的最终行星自转轴倾角分叉为受与共振相互作用支配的不同轨迹；（ii）在非绝热演化下，可激发宽泛范围的自转轴倾角。我们得到了参数空间各区域下最终自转轴倾角的解析表达式。本文研究的动力学系统是“Colombo 陀螺”的一个例子，我们的分析与结果可适用于其他应用。