随机力对行星系统及土星环演化的影响

日益增多的系外行星为行星系统形成的研究提供了新的机遇。共振系统尤其引人关注，因为其动力学构型为不可观测的形成和迁移阶段提供了约束。本论文提出了行星系统HD128311和HD45364的形成场景。使用双行星的N体模拟和原行星盘的二维流体动力学模拟来模拟迁移阶段和进入共振的捕获过程。结果表明，原行星盘具有比先前认为更大的面密度。原行星受到由盘中密度涨落产生的随机力的作用。本文提出了一个单行星以及两个处于共振的行星受到随机力作用的通用模型。例如，对于合理的随机力强度，系统GJ876是稳定的，但具有较轻行星的系统可能会被瓦解。即使没有被完全瓦解，随机力也会产生特征性的、可观测的振动模式。湍流在行星形成过程的早期阶段也起着重要作用。由于尺度分离很大，核吸积模型中的引力塌缩在数值上非常难以模拟。本文提出了一种缩放方法，通过考虑相关的小尺度过程，允许在边缘碰撞系统中正确处理自引力。有趣的是，这个系统在动力学上与土星环非常相似。本文还研究了土星环中小天体的随机迁移。将小卫星/螺旋桨与环粒子相互作用的解析预测与包含多达百万个粒子的碰撞N体模拟进行了比较。随机游走的速度足够快，可以直接被卡西尼号航天器观测到。