近无粘盘中的低质量行星：数值处理

嵌入行星会扰动周围盘面的密度结构，引力反作用可能导致行星轨道要素发生变化。精确确定作用于行星的力需要仔细的数值分析。最近，常用快速轨道平流算法（FARGO）的有效性受到质疑，并提出了特殊的数值分辨率和稳定性要求。本文研究了几倍地球质量的小质量行星的行星 - 盘相互作用过程，并重新分析了获得收敛和稳定结果所需的数值条件。重点之一是 FARGO 算法的适用性。此外，我们研究了二维和三维模拟的差异，比较了全局与局部设置，以及等温与绝热条件。我们通过二维和三维流体动力学模拟研究了行星对盘面的影响。为加强我们的结论，我们进行了详细的数值比较，使用了多种基于迎风和 Riemann 求解器的代码，并在有无 FARGO 算法的情况下进行了测试。关于尾迹结构和作用于行星的力矩密度，我们证明 FARGO 算法能以常规 CPU 时间的一小部分给出正确结果。我们发现，在未受激波区域获得收敛结果的分辨率要求相当适度，且取决于盘面的压力标高。通过比较二维和三维模拟的力矩密度，我们表明，采用合适的垂直平均程序处理力，两者之间能达成极好的一致性。我们指出，即使绝热指数非常接近 unity，等温和绝热运行的结果也可能存在显著差异。