原行星盘中的行星驱动螺旋臂：I. 形成机制

原行星盘模拟表明，单颗行星可激发多于一条螺旋臂，这可能解释近期在某些系统中观测到的多重螺旋臂。在本文中，我们解释行星在原行星盘中激发多重螺旋臂的机制。与先前的推测相反，当行星质量足够小时，主臂与附加臂的形成均可理解为线性过程。行星与盘中的本轮振荡发生共振相互作用，在 Lindblad 共振附近激发螺旋波模。当一组波模同相时，它们可相互相长干涉并形成螺旋臂。多于一条螺旋臂可形成，是因为这种相长干涉可发生于不同波模组，且螺旋臂的确切数目与激发位置取决于行星质量以及盘温度轮廓。随着行星质量增大，非线性效应变得愈发重要，导致具有更强激波因而更大螺距角的螺旋臂。这对主臂与附加臂均普遍成立。当行星具有足够大质量（对 $(h/r)_p=0.1$ 为 $\gtrsim$ 3 个热质量）时，其轨道内仅形成两条螺旋臂。本将形成三级臂的波模与小质量行星情形合并入主臂。我们对螺旋臂形成理解的改进可为观测到原行星盘中螺旋臂的起源提供关键见解。