宜居系外行星的潮汐锁定
摘要
潜在宜居行星可能与其宿主恒星轨道距离足够近，以至于其直径两端的引力差能将其自转速率固定在特定频率，这一过程称为潮汐锁定。圆轨道上的潮汐锁定行星将同步自转，但偏心轨道上的行星将发生天平动或超同步自转。我计算了宜居行星在两种常用模型下的演化，例如发现一种模型预测，如果地球的初始自转周期为 3 天、没有卫星且始终保持现代地球的潮汐特性，其自转速率将在 45 亿年后同步。质量较低的恒星宿主会对潜在宜居行星产生更强的潮汐效应，对于 GKM 矮星宜居带中的大多数行星，潮汐锁定是可能的。对于快速自转的行星，两种模型均预测偏心率增长，且只有在自转频率与轨道频率相近时才能发生圆化。极晚型 M 矮星（<0.15 太阳质量）的潜在宜居行星轨道极可能在 10 亿年内圆化，因此这些行星将是同步自转的。Proxima b 几乎可以确定已被潮汐锁定，但其轨道可能尚未圆化，因此该行星今天可能正在超同步自转。计算了孤立且潜在宜居的 Kepler 行星候选者的演化，其中约一半可能已被潮汐锁定。最后，在广泛假设范围内对预期的 TESS 行星进行了模拟，发现绝大多数情况下行星会在 10 亿年内被潮汐锁定。这些结果表明，潮汐锁定过程是未来将发现的大多数潜在宜居系外行星演化中的一个主要因素。[节选]
引用
@article{arxiv.1708.02981,
title = {Tidal Locking of Habitable Exoplanets},
author = {Rory Barnes},
journal= {arXiv preprint arXiv:1708.02981},
year = {2017}
}
备注
40 pages, 11 figures, 3 tables (including the online tables). Accepted to Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. Source code to integrate the tidal evolution equations and to generate the figures and tables are available at https://github.com/RoryBarnes