致密多行星系统中的 sporadic 自旋-轨道变化及其对系外行星气候的影响

气候建模表明，受潮汐影响的类地系外行星，尤其是那些绕 M 型矮星运行的行星，具有独特的大气动力学与表面条件，可能提高其孕育宜居环境的可能性。然而，由行星相互作用诱发的 sporadic 天平动与自转——例如致密行星系统中因平运动共振 (MMR) 所致者——可能使伴随的系外行星偏离同步态（或 1:1 自旋-轨道比）而失稳。在此，我们使用三维 N 刚体积分器与中等复杂度的通用环流模型，模拟 TRAPPIST-1 e 与 f 在不同轨道与自旋演化路径下的气候演变。受 MMR 效应扰动且具混沌自旋变化的行星 f，相较于其同步对应体更冷更干，原因在于亚恒星点随纬向漂移，远离了其初始眼球态的开阔洋盆。另一方面，受扰动与同步的行星 e 之间差异微小，归因于更高的入射通量、更暖的表面及减弱的气候迟滞。这是首项将直接引力 N 刚体模拟的时变结果纳入系外行星三维气候建模的研究，我们的结果表明：致密多行星系统宜居带外缘的行星易遭遇快速全球冰封；在缺乏轨道强迫或潮汐加热等外部机制时，这些行星可能陷于永久雪球态。