Hurricanes on tidally locked terrestrial planets: Fixed surface temperature experiments
在这项工作中，我们研究了系外行星上飓风的存在。M矮星周围潮汐锁定的类地行星是寻找可居住系外行星的太空任务的主要目标。飓风能否在这类行星上形成的问题对于确定其气候和可居住性非常重要。利用一个高分辨率的全球大气环流模式，我们研究了在固定的地面温度下，潮汐锁定的类地行星上是否存在飓风。研究了行星自转速率、地面温度和大气成分的相关影响。我们发现飓风可以在行星上形成，但不是在所有行星上。对于靠近晚M矮星宜居带内缘的行星来说，在白天和黑夜两侧都有更多更强的飓风。对于处于宜居带中、外范围的行星，飓风形成的可能性很低，甚至接近于零，这一点在最近的研究中已经提出。只有当大气成分与地球相似时，基于地球的飓风理论才适用于潮汐锁定行星。然而，如果背景大气比H2O轻，飓风就很难产生，因为对流总是受到平均分子量的影响而受到抑制，这与土星的情况类似。这些结果对潮汐锁定行星的降水、海洋混合、气候和大气特征具有广泛的影响。最后，在一个为期十个地球日的潮汐锁定轨道上，用一个耦合的板状海洋和一个类似地球的大气进行的测试表明，实验中也存在飓风。
2020-11-11 astro-ph.EP
Thin H$_2$-dominated Atmospheres as Signposts of Magmatic Outgassing on Tidally-Heated Terrestrial Exoplanets
本研究提出潮汐加热的偏心类地行星可通过火山脱气维持薄H$_2$主导大气，并建立内部-大气模型结合JWST观测以识别此类行星及其内部状态。
2025-10-08 astro-ph.EP
Tidally Heated Terrestrial Exoplanets: Viscoelastic Response Models
太阳系外行星系统的潮汐摩擦，在短的日心周期内，由允许持久的非零偏心率的轨道驱动，可以产生远远超过我们自己的太阳系中观察到的条件的内部加热。长期的扰动或热地球和热木星之间的概念2：1共振可以作为一个基线来考虑对流体的热演化受到强粘弹性潮汐加热。我们比较结果首先从简单的模型使用一个固定的品质因数和爱数，然后为三种不同的粘弹性流变学：麦克斯韦体，标准滞弹性固体，和Burgers体。SAS和Burgers模型被证明是通过引入新的平衡和多个响应峰值的可能性来改变极端潮汐加热的潜力。我们发现，潮汐加热往往超过放射性核素加热的周期低于10-30天，超过日照只有低于1-2天。极端的情况下产生足够的潮汐热量，开始全球规模的部分熔融，潮汐限制机制，如平流冷却类地行星的分析进行了讨论。为了探索长期的行为，我们映射对流热损失和潮汐热输入的偏心率的函数之间的平衡点。对于所讨论的周期和幅度，我们表明，潮汐加热，如果显着的，一般是有害的宜居带的宽度。
2009-12-10 astro-ph.EP
Lorenz Energy Cycle: Another Way to Understand the Atmospheric Circulation on Tidally Locked Terrestrial Planets
本文通过修改洛伦兹能量循环框架，揭示快速与慢速自转潮汐锁定类地行星大气环流的能量转换路径差异，为理解其环流提供了新视角。
2023-04-23 astro-ph.EP
Terrestrial planet formation by torque-driven convergent migration of planetary embryos
巨行星的大质量核心被认为是由卵石大小的颗粒吸积在气体盘中形成的，这些颗粒的吸积截面被气动气体阻力增强[1][2]。一个普遍的观点是，类地行星系统是在后来（气体盘分散后3 - 2亿年）由数十颗大约火星大小的原行星的巨大碰撞形成的[3]。在这里，我们提出，相反，类地行星形成早期的气体驱动收敛迁移的原行星向$\sim\!1\,{\rm au}$（相关参考文献[4]调用了不同的过程，以集中星子）。为了研究会聚迁移发生的情况，我们开发了一个具有真实不透明度的辐射流体动力学模型[5][6]，以确定类地行星带中气体和卵石盘的热结构。我们发现原行星通过相互碰撞和卵石吸积快速生长，并通过引力散射和热尾效应获得轨道偏心率[7][8]。类地行星系统的轨道结构在我们的模拟中得到了很好的再现，包括它在0.7-1 au的紧密质量浓度和水星和火星的小尺寸。早期的原太阳盘温度超过1500 K，在0.4 Au内，这意味着水星生长在一个高度还原的环境中，靠近铁和硅酸盐的蒸发线，影响了水星的整体组成[9]。在后期的冷气盘中，冰/水化卵石的吸积将有助于地球的水预算。
2021-09-23 astro-ph.EP
A dynamical study on the habitability of terrestrial exoplanets I: Tidally evolved planet-satellite pairs
本文研究了类地月系统在4.5 Gyr潮汐演化后，在不同卫星质量和初始行星质量的情况下，系统的质量和自转周期，并讨论了它们与行星适居性的关系。我们发现了三种可能的结果：i）系统仍在进化，ii）系统是双同步的，或者iii）卫星与行星相撞。情况i）和ii）之间的转变是突然的，并且发生在卫星质量（$m_s \sim 0.02m_p$）略大于月球质量时。我们认为情况ii）和iii）比情况i）更不适合居住。利用巨型撞击和卫星吸积模型的结果，我们发现，模拟我们自己的旋转周期$12 < P_p < 48$ h和当前行星的行星度$\varepsilon_p < 40^\circ$或$\varepsilon_p > 140^\circ$的系统只代表14%的可能结果。Elser等人（2011）得出结论，一颗类地行星拥有一颗重卫星的概率为13%。综合这些结果，我们可以得出结论，最终形成一个像我们这样的系统的概率大约是2%。
2012-10-05 astro-ph.EP
Elastic ice shells of synchronous moons: Implications for cracks on Europa and non-synchronous rotation of Titan
许多同步卫星被认为在其外层冰壳下拥有海洋。一个地下海洋从内部包裹着贝壳。这导致了一个建议，一个弱的潮汐或大气扭矩可能会导致壳旋转差异相对于同步旋转的内部。由于离心力和潮汐力的作用，海洋将呈现椭圆形，其长轴朝向母行星。壳体离开其平衡位置的任何位移都会引起应变，从而增加其弹性能并产生弹性恢复扭矩。我们比较的弹性扭矩与潮汐扭矩作用在木卫二和大气扭矩作用在土卫六。对木卫二来说，潮汐扭矩太弱，不足以产生可能使冰壳破裂的应力，从而驳斥了一个广泛提倡的观点。相反，我们认为，裂缝产生的时间依赖性的应力，由于非流体静力学重力异常潮汐驱动，幕式对流在内部。卡西尼雷达对土卫六表面两年的观测被解释为相对于同步性的角位移约为0.24度。观测到的非同步旋转的幅度和相位与大气扭矩的估计值的兼容性要求土卫六的外壳与其内部解耦。我们发现，在角位移<0.05度时，弹性扭矩平衡大气扭矩，从而将壳体与内部耦合。此外，如果土卫六的表面旋转速度比同步旋转速度快，那么趋向于恢复同步旋转的潮汐扭矩肯定会大于大气扭矩。要么是雷达观测的解释有问题，要么是我们对土卫六大气层和/或内部的理解有问题。
2010-05-07 astro-ph.EP
Tidal Friction and Tidal Lagging. Applicability Limitations of a Popular Formula for the Tidal Torque
潮汐力矩在天体自转动力学中起着重要的作用。它们控制着这些天体的潮汐振荡，也参与了这些天体陷入自旋轨道共振的微妙过程。这使得潮汐力矩与行星及其卫星的可居住性研究直接相关。我们的工作开始于解释摩擦力和滞后力如何被纳入体潮理论。虽然这方面的许多材料可以在各种出版物中找到，但迄今为止的文献中一直缺乏关于这一主题的简短但自洽的摘要，我们正在填补这一空白。在这些准备工作之后，我们提出了一个在文献中经常使用的关于行星或恒星的潮汐力矩的简明公式，并解释了为什么Goldreich（1966; AJ 71，1 - 7）和Kaula（1968，eqn. 4.5.29）和Murray & Dermott（1999，eqn. 4.159），隐式地将时滞设置为与频率无关。因此，随后的扭矩表达式只能应用于具有非常特殊的（和非常假设的）流变性的物体，该流变性使得时滞频率独立，即对于潮汐频谱中的所有傅立叶模式都相同。这种扭矩表达式不应用于其他流变体。具体地说，该表达式不能与几何滞后（或相位滞后）为常数的额外断言相结合，因为在有限偏心率下，所述假设与恒定时间滞后条件不相容。
2013-01-19 astro-ph.EP physics.geo-ph
Critical Analysis of a Hypothesis of the Planetary Tidal Influence on Solar Activity
目前的工作是对Abreu等人发表的行星潮汐对太阳活动影响的假设的重要修正。548，A88，2012;在此称为A12）。A12描述了一种假设，即行星可以对太阳速跃层产生影响，从而影响太阳活动。我们对A12的计算过程和结果进行了检验，即行星潮汐力矩的计算方法和力矩与日球调制位的小波相干性。我们发现，声称在长周期范围内的扭矩谱的峰值是由计算算法造成的文物。此外，小波相干性的结果的统计意义被发现是高估了一个不正确的选择的背景假设的红噪声。采用更保守的非参数随机相位方法，我们发现行星力矩与日球调制势之间的长周期相干性变得不显著。因此，我们的结论是，所考虑的行星潮汐对太阳活动的影响的假设是没有坚实的基础。
2014-01-15 astro-ph.EP
Consequences of Tidal Dissipation in a Putative Venusian Ocean
利用一个专门的数值潮汐模型模拟了古代金星海洋中的太阳潮。不同的海洋深度和旋转周期从-243至64恒星地球日的模拟被用来计算潮汐耗散率和相关的潮汐扭矩。结果表明，潮汐耗散的变化可能超过5个数量级，从0.001- 780千兆瓦，取决于旋转周期和海洋深度。相关的潮汐扭矩比现今金星大气扭矩低约2个数量级，并且根据旋转速率，每百万年可以改变金星的日长达72天。因此，古代金星上的海洋潮汐可能对地球的旋转历史产生了重大影响。这些计算对类似的近距离系外行星世界的旋转周期和液态水宜居带内边缘的位置都有影响。
2019-03-18 astro-ph.EP
Tides in a body librating about a spin-orbit resonance. Generalisation of the Darwin-Kaula theory
达尔文-考拉的天体潮汐理论是针对没有天平动的自转天体的。我们证明，这个理论，在其习惯的形式，是不适用于一个librating机构。具体来说，在经度上存在天平动的情况下，傅立叶潮汐模式的实际频谱不同于达尔文-考拉理论为非天平动天体提供的传统频谱。这就需要推导出适用于天平动的潮汐力矩和潮汐加热率的公式。我们推导出潮汐频谱纵向强迫天平动与一个和两个主要频率，概括到更多的主要频率是直接的。(By我们理解的主要频率是由于振动体的三轴性而出现的频率。）单独地，我们考虑在一个频率的自由天平动的情况（再次，推广到更多的频率是直接的）。我们还计算了潮汐扭矩。该扭矩提供对三轴度引起的物理天平动的校正。我们的理论不是自洽的：我们假设潮汐力矩比永久三轴性引起的力矩小得多，因此潮汐引起的附加天平动比永久三轴性引起的主天平动弱得多。最后，我们计算了经历主模式强迫振动、一个频率的自由振动或叠加强迫振动和自由振动的物体的潮汐耗散率。
2017-08-24 astro-ph.EP
Semidiurnal thermal tides in asynchronously rotating hot Jupiters
热潮汐可以将热行星的大气扭转成异步旋转，而这些行星通常被认为与它们的主恒星锁定在自旋轨道同步。在这项工作中，我们的目标是表征的潮汐响应的旋转热木星的潮汐半日热强迫其宿主恒星，通过确定的结构负责质量分布的变化，潮汐波的依赖于潮汐频率和它们的能力，以产生强大的纬向流。我们开发了一个从头算全局模型，将Arras & Socrates（2010）的早期方法推广到旋转和非绝热行星。我们推导出解析的扭矩施加在身体和相关的时间尺度的演变，以及平衡的大气潮汐响应在零频率的限制。最后，我们对包含耗散和旋转的三种情况的热潮汐方程进行了数值积分。与潮汐产生的重力惯性波的共振显着放大所产生的潮汐扭矩在1-30天的范围内。这个扭矩可以驱动全球大气进入异步旋转，因为它的符号取决于潮汐频率。潮汐响应的共振行为通过旋转而增强，旋转在一般情况下将强迫耦合到几个Hough模式，而辐射冷却倾向于使其规则化并减小其振幅。
2018-01-23 astro-ph.EP
No pseudosynchronous rotation for terrestrial planets and moons
我们重新审视流行的信念，一个地球的行星或卫星的偏心轨道可以，外自旋轨道共振，被捕获在一个准静态的潮汐平衡称为伪同步旋转。这种配置的存在推导出从过于简化的潮汐模型假设一个恒定的潮汐扭矩或扭矩的潮汐频率的线性。一个更准确的治疗需要的扭矩被分解成达尔文Kaula系列的潮汐模式，这种分解结合了一个现实的选择地幔的流变特性。这一发展表明，除了自旋轨道共振之外，固体行星和卫星不存在稳定的平衡态。
2013-01-19 astro-ph.EP physics.geo-ph
Tidal Torques on Misaligned Disks in Binary Systems
我们扩展以前的研究潮汐截断的共面磁盘在二进制系统的更一般的情况下，非共面磁盘。在共面情况下，Lindblad共振在潮汐截断中起着关键作用。本文分析了在圆轨道双星系统中作用在失准近圆盘上的潮汐力矩。我们集中在2：1内Lindblad共振与m=2潮汐强迫（方位波数m），在通常的共面情况下起着重要作用。我们确定了该扭矩与倾角的关系，对于失准角i，其近似为cos ^8（i/2）。与共面情况（i=0）相比，对于i = pi/6，该扭矩减小约2倍，对于i=pi/2，减小约20倍。Lindblad扭矩在倾斜角度为pi（反向旋转）时降至零，与之前的研究一致。与m>2潮汐强迫相关的高阶共振的影响可能有所贡献，但比i=0的情况要有限得多。这些结果表明，错位磁盘在二元系统中可以显着扩展相比，他们的共面同行。在圆盘足够倾斜和粘性的情况下，它可以超越所有的林德布拉德共振，并溢出圆盘中心物体的洛希瓣。
2014-12-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Low-order Model of Water Vapor, Clouds, and Thermal Emission for Tidally Locked Terrestrial Planets
基于复杂系统最小化建模的思想，我们建立了一个理想化的双柱模型，用来研究M型矮星宜居带中具有类地大气的潮汐锁定类地行星的气候。该模式能够近似三维（3D）大气环流模式（GCM）模拟得到的气候的基本特征。双柱模型成功的一个重要原因是它再现了GCM模拟的高云密度，这降低了地球的温度，推迟了失控的温室状态的发生。双柱模型还清楚地说明了决定气候的第二种机制：夜面充当“散热鳍”，红外线能量很容易通过它损失到太空中。这种散热片是由逆温和干燥的空气在夜面维持的，并发挥着类似于现代地球上的亚热带的作用。由于一维辐射-对流模型不能捕捉到云的对流和散热片的影响，它们系统地偏向于一个更窄的宜居带。我们还表明，云参数是最重要的确定昼夜热辐射对比度的两列模型，这减少，并最终逆转恒星通量的增加。这种逆转很重要，因为它可以被未来的太阳系外行星表征任务检测到，这将表明该行星有类似地球的水云，并且可能适合居住。
2014-03-04 astro-ph.EP
Rotation Period Evolution in Low-Mass Binary Stars: The Impact of Tidal Torques and Magnetic Braking
我们研究如何潮汐，恒星演化和磁制动形状的旋转周期（P $_{rot}$）的演变低质量恒星双星的轨道周期（P $_{orb}$）的100天在很宽的范围内潮汐耗散参数使用两种常见的平衡潮汐模型。我们发现，许多与P $_{orb} < 20$ d潮汐锁定的二进制，和大多数与$P_{orb} < 4$ d潮汐锁定到同步旋转的圆轨道。在短P $_{orb}$，潮汐力矩产生一群快速的旋转体，这是单星磁制动模型无法产生的。在许多情况下，我们表明，磁制动和潮汐之间的竞争产生了一个亚同步旋转器的人口，持续为陀螺，即使在短P $_{orb}$二进制，定性再现了Lurie等人在开普勒领域发现的次同步食二进制（EB）。这两个平衡潮汐模型预测，二进制可以潮汐互动出P $_{orb} \approx 80$ d，而恒定相位滞后潮汐模型预测，二进制可以潮汐锁定到P $_{orb} \approx 100$ d。潮汐扭矩经常迫使恒星双星的P $_{rot}$演化偏离单星经历的长期磁制动驱动的自旋下降，揭示了P $_{rot}$不是在所有情况下都是年龄的有效代理，即陀螺年代学可以低估年龄高达$300\%$，除非考虑双星。我们建议，轨道偏心率和P $_{rot}$的准确测定，可以用来区分平衡潮汐模型最好地描述潮汐相互作用的低质量双星。
2019-07-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Equatorial Jet Speed on Tidally Locked Planets: I -- Terrestrial Planets
潮汐锁定行星的大气环流由超旋转的东向赤道喷流控制。我们开发了一个预测理论，形成这种射流，提出了一种机制，在该机制中，由昼夜强迫梯度引起的三维驻波产生赤道加速度。这是平衡的平衡之间的相互作用所产生的射流和垂直运动的大气。纬向加速度的三维结构对这一机制至关重要。我们证明了这种机制的层次模型。我们计算了这些行星上的强迫所引起的三维驻波，并显示了这些波所产生的纬向加速度的垂直结构，我们用它来提出一个机制，如何喷流的形式。GCM模拟被用来确认由该机制预测的平衡态，其中来自这些波的加速度被平衡的纬向平均垂直速度和射流之间的相互作用。我们推导出一个简单的模型，这使用“弱温度梯度”近似，它给出了一个估计的喷流速度的陆地潮汐锁定的行星。我们的结论是，拟议的机制是一个很好的描述形成的赤道喷流的陆地潮汐锁定的行星，并应有助于解释这些行星的观测和模拟。该机制需要假设，如一个大的赤道Rossby半径和弱加速度，由于瞬态波，和不同的机制可能会产生赤道喷流的气体潮汐锁定行星。
2020-09-01 astro-ph.EP physics.ao-ph
Connecting the dots II: Phase changes in the climate dynamics of tidally locked terrestrial exoplanets
我们调查三维大气动力学潮汐锁定类地行星与地球一样的大气和辐射不同的旋转周期（$P_{rot}=1-100$天）和行星大小（$R_P=1-2 R_{Earth}$）前所未有的精细细节。我们可以精确地确定三个气候状态转换区，与相变在常设热带和超热带Rossby波。我们确认，快速旋转的行星上的气候可能会采取多种状态（$P_{rot}\leq 12$天为$R_P=2 R_{Earth}$）。然而，我们的研究是第一个确定与不同气候状态相关的行星波类型的研究：第一种状态主要是由具有快速赤道超旋转的热带Rossby波主导。第二个状态是由高纬度西风急流与较慢的风速的热带Rossby波占主导地位。对于非常快的旋转（$P_{rot}\leq 5$ ~天为$R_P=2 R_{Earth}$），我们发现另一种气候状态转换，其中热带和超热带Rossby波都可以适应地球。因此，第三种状态的混合物的两个行星波成为可能，表现出三个喷流。不同的气候状态是可以观察到的，因为高层大气的热点在第一种状态下相对于亚恒星点是向东移动的，在第二种状态下是向西移动的，而第三种状态显示出穿过亚恒星点的斑点的纵向“涂抹”。此外，我们表明，在我们的研究中，最大的快速旋转的行星表现出大气特征，从热彗星，如快速赤道超旋转和温度在高层大气中的V形。
2015-08-03 astro-ph.EP
How Land-Mass Distribution Influences the Atmospheric Dynamics of Tidally Locked Terrestrial Exoplanets
本文利用 WACCM6/CESM2 模拟 TRAPPIST-1e 在类地海陆分布与地形条件下的潮汐锁定大气，揭示地形破坏南北半球对称性、加速南半球急流并改变大气化学与臭氧分布，强调未来研究需关注昼侧陆地比例与地形。
2024-08-07 astro-ph.EP
Water Trapping on Tidally Locked Terrestrial Planets Requires Special Conditions
地表液态水是标准行星可居住性的必要条件。对M星周围潮汐锁定行星的大气环流的计算表明，这种特殊的轨道结构有助于将大量的水捕获在夜晚一侧的厚达200厘米的冰中，可能会将所有的液态水从白天一侧移走，而白天是光合作用的可能场所。我们研究这个问题，使用一个全球气候模式，包括耦合大气，海洋，陆地和海冰组件以及大陆冰盖模式驱动的气候模式输出。对于一个水世界，我们发现表面风将海冰向白天输送，海洋将热量向夜晚输送。因此，夜侧海冰仍然是O（10米）厚和夜侧水截留是微不足道的。如果一颗行星在其夜晚一侧有大型大陆，如果地热通量与地球相似或更小，它们可以生长O（1000米）厚的冰盖。因此，当板块构造将其大陆推向夜晚时，具有与地球相似的水补充的行星将经历海平面的大幅下降，但不会经历完全的白天干燥。只有那些地热通量低于地球的行星，它们的大部分表面被大陆覆盖，并且地表水储量为地球的O（10%），才容易受到完全的水捕获。
2014-11-03 astro-ph.EP
Exoplanets synchronization in the habitable zone: Learning from Venus' retrograde rotation
Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences, Universidade de São Paulo（圣保罗大学天文、地球物理和大气科学学院）
研究通过分析金星的逆行自转，探讨了太阳型恒星适居带中行星自转逆转的机制，发现大气形成过程可使行星自转逆转，无需碰撞或剧烈扰动。
2026-03-06 astro-ph.EP
Dynamics of Colombo's Top: Tidal Dissipation and Resonance Capture, With Applications to Oblique Super-Earths, Ultra-Short-Period Planets and Inspiraling Hot Jupiters
本文对行星在潮汐耗散和外部伴星引力扰动共同作用下的自旋演化进行了全面的理论研究。这样的“自旋+伴星”系统（称为科伦坡顶）出现在许多行星环境中。潮汐力矩（驱动自旋-轨道对齐和同步）和来自伴星的引力力矩（驱动行星的轨道进动）之间的竞争产生了两种可能的自旋平衡（“潮汐卡西尼平衡”，tCE），它们是稳定和吸引的：“简单”tCE 1，通常具有较低的自旋重复性，和“共振”tCE 2，可以具有显著的重复性。后者是由自旋轨道共振引起的，当潮汐对准力矩强于伴星的岁差力矩时，它会被打破。我们描述了任意初始自旋方向的行星自旋的长期演化（包括星等和旋度），并发展了一种新的理论方法来解析地获得由潮汐耗散驱动的共振俘获几率.将我们的一般理论结果应用于系外行星系统，我们发现具有外部伴星的超级地球（SE）可能有很大的概率被困在高密度tCE 2中，假设SE具有广泛的原始密度。我们还评估了最近提出的“潮汐”的超短周期地球质量的行星的形成和热木星WASP-12 b的轨道衰变的情况。我们发现，在这两种情况下，共振捕获到tCE 2的概率一般是低的，这样一个高的dielity状态可以很容易地打破所需的轨道衰变。
2021-11-03 astro-ph.EP
Extreme close encounters between proto-Mercury and proto-Venus in terrestrial planet formation
现代的类地行星形成模型需要在微行星盘中的0.5-0.7金的固体耗尽来解释水星的小质量。地球和金星类似物出现后，约1亿年的碰撞增长，而水星形成的扩散尾巴的星子盘。我们对质量限制在0.7-1.0 au的小行星盘进行了250次N体模拟，以研究Deng（2020）最近提出的近距离接触的统计数据，作为对水星高铁质量分数的解释。我们总共形成了39个水星类似物，所有的原水星类似物都被原金星分散在内部。在原金星获得0.7金星质量后，原水星通常会经历6次与原金星的极端近距离接触（最接近小于6金星半径）。在如此近的距离，潮汐相互作用已经可以显著地影响轨道运动，使得N体处理本身无效。如果考虑到轨道角动量的潮汐耗散，预计会有更多更近的相遇。混合N体流体动力学模拟，治疗轨道和遇到动力学自洽，是可取的评估程度的潮汐地幔剥离的原水星。
2020-08-23 astro-ph.EP
Atmospheric thermal tides and planetary spin I. The complex interplay between stratification and rotation
热大气潮汐可以扭转地球行星远离自旋轨道同步旋转，如在金星的情况下观察到的。因此，他们参与确定这些行星的可能气候和大气层的一般环流。在这项工作中，我们写的热潮汐的动力学方程在一个旋转的行星大气的局部垂直分层的部分，考虑到完整的科里奥利加速度对潮汐波的影响。这使我们能够推导出解析的潮汐扭矩和潮汐耗散的能量，我们用它来讨论可能的制度的潮汐耗散和检查分层所发挥的关键作用。与早期的研究一致，我们发现，在同步附近的热大气潮汐力矩的频率依赖性可以近似的麦克斯韦模型。这种行为对应于弱稳定分层或对流流体层，如ADLM 2016 a中所观察到的。强稳定层结允许重力波传播，这使得潮汐扭矩变得可以忽略不计。这两种制度之间的过渡是连续的。传统的近似似乎是有效的，在薄的大气层和政权的旋转频率是由强迫或浮力频率占主导地位。根据大气对流的稳定性，观测到的系外行星可以被潮汐驱动到同步或异步的最终旋转速率。传统近似的适用范围受到计算的严格限制。
2017-09-28 astro-ph.EP
Ocean Dynamics and the Inner Edge of the Habitable Zone for Tidally Locked Terrestrial Planets
最近的研究表明，海洋动力学可以对永久性的夜晚产生显著的变暖效应，这些夜晚是1比1潮汐锁定的类地系外行星，在宜居带中间有类似地球的大气和海洋。然而，海洋动力学对宜居带边界（内缘和外缘）的影响仍然是未知的，这是我们对这类行星理解的一个主要空白。在这里，我们使用一个耦合的大气-海洋全球气候模式，以显示行星的热量传输从白天到黑夜的一面是由海洋在较低的恒星通量和大气附近的宜居带的内边缘。在高恒星通量下，海洋热传输（OHT）的减少主要是由于表面风应力的减弱和表面短波能量沉积的减少。我们进一步表明，海洋动力学几乎没有影响的观测热相位曲线的行星附近的内边缘的宜居带。对于行星在宜居带的中间范围，海洋动力学移动最热点的表面从亚恒星点向东。这些结果表明，未来对内缘的研究可能会将计算资源投入到仅限于大气的过程中，如云和辐射。然而，对于宜居带的中间范围和外缘的研究，将需要完全耦合的海洋-大气模拟。请注意，由于计算资源的限制，只有一个旋转周期（60个地球日）已在本研究中系统地检查;未来的工作，不同的旋转周期以及其他参数，如大气质量和成分是必要的。
2019-02-06 astro-ph.EP
Bodily tides near spin-orbit resonances
自旋轨道耦合可以用两种方法来描述。称为“麦克唐纳转矩”的方法通常与品质因数Q与频率无关的假设相结合。这使得该方法不一致，因为麦克唐纳理论通过将Q标度作为潮汐频率的倒数来默认地固定流变学。自旋-轨道耦合也可以用一种称为“达尔文力矩”的方法来处理。虽然这一理论是一般性的，足以容纳一个任意的频率依赖性的Q，这个优点还没有被利用在文献中，其中Q被假定为常数或被设置为逆潮汐频率的比例，后者的断言，使达尔文扭矩相当于一个修正版本的麦克唐纳扭矩。然而，无论是常数还是逆频率Q都不能反映实际地幔和结壳的性质，因为实际的频率依赖性更为复杂。因此，有必要用正确的频率依赖性来丰富自旋轨道相互作用理论。我们完成了这个方案的达尔文扭矩为基础的模型附近的共振。我们从第一原理推导出潮汐力矩的频率依赖性，即，从时间域中的地幔顺应性的表达式。我们还解释了潮汐力矩不仅包括长期部分，而且还包括振荡部分。我们证明，当次级穿越lmpq共振时，潮汐扭矩的达尔文-考拉展开的lmpq项平滑地通过零（例如，当次级潮汐力矩穿过同步轨道时，主潮汐力矩平稳地通过n1）。我们还提供了一个可能的解释，意想不到的频率依赖性的潮汐耗散率在月球上，发现LLR。
2012-08-26 astro-ph.EP physics.geo-ph
Transition from eyeball to snowball driven by sea-ice drift on tidally locked terrestrial planets
潮汐锁定的低质量恒星周围的类地行星是未来潜在可居住系统的大气特征的主要目标，特别是附近的三个-Proxima b，TRAPPIST-1 e和LHS 1140 b。以前的研究表明，如果这些行星表面有海洋，它们将处于类似眼球的气候状态：在亚恒星点附近没有冰，其余区域被冰覆盖。然而，气候系统的一个重要组成部分--海冰动力学在以往的研究中没有得到很好的研究。一个基本的问题是：面对全球冰雪覆盖的雪球状态，开放的海洋是否稳定？在这里，我们表明，海冰漂流冷却海洋表面时，冰流动到温暖的亚恒星区域，并通过吸收海洋和覆盖空气的热量融化。结果，当大气中的温室气体并不比地球上丰富得多时，开阔的海洋就会缩小，甚至会消失，使地球变成一个雪球状态。这发生在同步旋转和自旋轨道共振（如3到2）。这些结果表明，海冰漂移强烈地减少了开放的海洋面积，并可能显着影响潮汐锁定行星的可居住性。
2019-12-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
Atmospheric convection plays a key role in the climate of tidally-locked terrestrial exoplanets: insights from high-resolution simulations
使用三维大气环流模型（GCM），我们调查潮汐锁定类地系外行星，Trappist-1 e和Proxima Centauri b的气候的敏感性，对流参数化的选择。与质量通量对流参数化相比，简化的对流调整参数化使云的对流度减少60%，使日侧平均温度增加$>$ 10 K。对流的表现也会通过行星尺度波型的变化影响夜晚一侧的大气条件。因此，在我们的模拟中，使用对流调整方案使行星的夜侧冷阱变暖17-36 K。在3D GCM模拟中，昼夜热力对比对对流的表现很敏感，因此在解释排放相位曲线时应谨慎。然而，对流处理的选择并没有改变模拟的气候，足以导致偏离可居住的条件，至少对于我们研究中使用的大气成分和行星参数。Trappist-1 e和Proxima b的近地表条件仍然温和，允许活跃的水循环。我们进一步推进我们的分析，使用高分辨率的模型实验，其中大气对流进行了明确的模拟。我们的研究结果表明，在一个假设的全球对流允许模拟的地面温度的对比度将高于参数化对流的粗分辨率模拟。换句话说，参数化对流模型可能高估了半球间的热量再分配效率。
2020-04-06 astro-ph.EP
Connecting the dots III: Night side cooling and surface friction affect climates of tidally locked terrestrial planets
我们研究了夜面冷却和表面摩擦如何影响潮汐锁定类地行星的表面温度和大尺度环流。对于每一种情况，我们改变轨道周期之间的$P_{rot}=1-100$天和捕捉气候状态的变化。我们发现，在不同的表面摩擦的情况下，气候状态的剧烈变化。对于非常有效的表面摩擦（$t_{s,fric}=$ 0.1天），短旋转周期（$P_{rot} \leq$ 10天）的模拟显示，主要是常设的热带Rossby波。这些波导致两个高纬西风急流和未扰动纬向直接环流的气候状态。在大多数其他情景中，短旋转周期的模拟反而表现出热带Rossby波的优势。这种气候状态有一个单一的赤道西风急流，破坏了直接环流。弱表面摩擦（$t_{s,fric}=~10 -100$天）的实验表明，表面温度和环流之间的解耦，这导致了强烈的冷却的夜侧。$t_{s,fric}= 100$天的实验假设气候状态为东风气流（逆行旋转），为中等和缓慢的行星旋转$P_{rot}= 12 - 100$天。结果表明，与标称模型相比，夜侧冷却效率提高一个数量级，夜侧表面温度降低80-100 K。同时，地表昼侧温度仅下降25 K.热力强迫的增加抑制了小行星（$R_P=1 R_{Earth}$）在短旋转周期制度（$P_{rot} \leq$ 10天）的额外热带Rossby波的形成。
2016-05-31 astro-ph.EP
Extended Transiting Disks and Rings Around Planets and Brown Dwarfs: Theoretical Constraints
新形成的行星（或棕矮星）可能拥有盘或环，占据行星希尔球的相当一部分，并延伸到拉普拉斯半径之外，在那里来自主恒星的潮汐扭矩超过来自扁圆行星的扭矩。这样的圆盘/环可以表现出独特的、可检测的凌日信号，只要圆盘/环与行星的轨道平面明显不对准。有初步证据表明，年轻的K5恒星1 SWASP J140747-354542周围有一个扩展的环系统。我们提出了一个一般的理论研究的倾斜（翘曲）的轮廓下，从中央恒星的潮汐扭矩，从扁圆行星的扭矩和磁盘的自引力的综合影响的环行磁盘。我们计算了稳定状态的翘曲轮廓（“广义拉普拉斯曲面”），并研究了磁盘的相干进动的条件。我们发现，要保持不可忽略的扩展外盘和行星的轨道平面之间的错位，并确保连贯的磁盘进动，磁盘的表面密度必须足够大，使自重力扭矩克服来自中央恒星的潮汐扭矩。我们的分析和定量结果可以用来限制过境环行星盘的参数，可能会被发现在未来。
2016-10-11 astro-ph.EP
Relationship Between Thermal Tides and Radius Excess
靠近太阳系外的气态巨行星--热彗星--显示出在零温度解以上的半径偏离，半径过剩，非常高。超热彗星的半径与热潮汐潮汐力矩有着相对密切的关系，其特征热潮汐能保持在约4 - 5个数量级，这与基本理论预期是一致的。这种关系表明，热潮汐力矩决定了热彗星的整体热力学和自旋状态。在经验的基础上，它表明，热木星膨胀的理论，调用一个恒定的分数的恒星通量沉积在很大的深度，基本上是伪造的。
2013-04-15 astro-ph.EP
The Tidal Venus Phenomenon: Demographics and Case Studies
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
该研究通过对143颗类地系外行星的潮汐加热计算，建立潮汐对气候影响的分类框架，分析五个案例，探讨潮汐金星现象的特征、机制及观测前景。
2026-08-28 astro-ph.EP
Thermal Tides in Rotating Hot Jupiters
我们计算由于半日热潮汐在旋转的热行星的潮汐扭矩，考虑到辐射冷却的信封和行星旋转的潮汐响应的影响。我们使用一个简单的木星模型组成的近等熵对流核心和薄辐射信封。为了表示旋转行星的潮汐响应，我们采用级数展开的球谐函数$Y_l^m$与不同的$l$ s对于一个给定的$m$。对于低强迫频率，强迫与包线中的$g$ -和$r$ -模态以及核中的惯性模态之间发生频率共振。我们发现，共振增强的潮汐扭矩，并与$g$ -和$r$ -模式的共振产生宽峰和与惯性模式非常尖锐的峰值，这取决于与振荡模式相关的非绝热效应的大小。我们还发现，作为强迫频率（或周期）的函数的潮汐扭矩的行为是不同的，特别是对于长的强迫周期，因为$r$ -模式，具有长的周期，只存在于逆行一侧。
2019-06-25 astro-ph.EP
Forced libration of tidally synchronized planets and moons
动能的潮汐耗散，当它足够强时，往往会使行星和卫星的旋转与平均轨道运动同步，或者使其进入长期稳定的自旋轨道共振。当轨道运动由于有限的轨道偏心率而经历周期性加速时，自旋速率也围绕平衡平均值振荡，引起强迫或偏心率驱动的振动。同步粘弹性行星和卫星的强迫振动的形状和振幅由两种不同类型的扰动力矩，潮汐力矩和三轴力矩的组合定义。因此，受迫振动可能是潮汐主导的（例如，木卫一和可能的土卫六）或变形主导（例如，月球）取决于一组轨道，流变学和其他物理参数。对于小偏心率，对于前一种，平动角中的最大项可以是平均距平的负余弦，而对于后一种，它是平均距平的负正弦。潮汐强迫振动的形状和振幅决定了同步行星和卫星的轨道演化速率，即，半长轴耗散阻尼率和偏心率。已知的超级地球系外行星可以表现出这两种天平动，或两者的混合，这取决于例如它们刚性地幔的有效麦克斯韦时间。我们的方法可以扩展到估计其他天平动谐波的振幅，以及非同步自旋轨道共振中的强迫天平动。
2015-11-19 astro-ph.EP
Recent developments in planet migration theory
行星迁移是指一颗正在形成的行星由于与其母原行星盘的潮汐相互作用而导致其半长轴漂移的过程。评估嵌入行星迁移的关键量之一是盘和行星之间的潮汐扭矩，它有两个组成部分：Lindblad扭矩和共转扭矩。我们回顾了最新的结果上的两个扭矩组件的行星在圆形轨道上，特别强调的各种过程，引起额外的，大的组件的共转扭矩，和那些有助于饱和的扭矩。这些额外的共转力矩分量可以帮助解决最近行星人口合成模型所暴露的缺点。我们还回顾了最近的结果，关于迁移的巨行星刻在光盘的差距（II型迁移）和迁移的亚巨行星，在大规模的光盘（III型迁移）打开部分差距。
2012-03-15 astro-ph.EP
Atmospheric tides and their consequences on the rotational dynamics of terrestrial planets
大气潮汐会对行星的旋转动力学产生强烈的影响。它们对于位于主星宜居带的类地行星来说是最重要的，在那里它们与固体潮汐的竞争可能会驱使天体朝向非同步旋转的平衡状态，就像在金星的情况下观察到的那样。与其他行星层相反，大气层对重力和热力都很敏感，这是通过一种复杂的动力学耦合，涉及科里奥利加速度的影响和大气结构的特性。这些关键的物理学通常不被考虑在用于计算行星系演化的模型中，潮汐是用参数化的处方来描述的。在这项工作中，我们提出了一个新的从头计算模型的大气潮汐适应地球的大气潮汐理论（查普曼和Lindzen 1970年）的其他类地行星。我们推导出潮汐扭矩的解析表达式，作为潮汐频率和表征内部结构的参数（例如，Brunt-Väisälä频率，辐射频率，压力高度标度）的函数。我们发现，分层起着关键作用，潮汐扭矩强对流大气的情况下（即与中性分层）和弱对流稳定的大气的情况下。在第二步中，该模型被用来确定非同步旋转的平衡状态的金星类行星的物理参数的函数系统。这些结果详见Auclair-Desrotour等人（2017 a）和Auclair-Desrotour等人（2017 b）。
2017-09-27 astro-ph.EP
3D modelling of the impact of stellar activity on tidally locked terrestrial exoplanets: atmospheric composition and habitability
恒星耀斑通过引起大气成分的变化和大量紫外线照射行星表面，对绕M矮星运行的类地行星的潜在可居住性提出了挑战。为了研究它们的影响，我们耦合了一个大气环流模型与光化学动力学方案，以研究类似地球的大气对恒星耀斑和日冕物质抛射的响应和变化。我们发现，恒星耀斑增加了大气中的臭氧量的一个因素的20相比，一个静止的恒星。我们发现，日冕物质抛射非生物产生的潜在的生物签名，如N $_2$ O的显着水平。大气成分的变化导致到达行星表面的紫外线量适度减少，这表明虽然耀斑对生命有潜在的危害，但恒星耀斑引起的大气变化会减少下一次恒星耀斑的影响。
2022-10-25 astro-ph.EP physics.ao-ph
Tidal obliquity evolution of potentially habitable planets
恒星日射量一直被用作行星适居性的主要限制。然而，随着在低质量恒星（LMS）周围发现更多类似地球的行星，重新审视潮汐对系外行星可居住性的作用已经开始。这些研究尚未考虑行星的旋转轴与轨道平面法线之间的错位，即行星的平行度。我们应用两种平衡潮汐理论计算了在大尺度星系周围的宜居带中运行的类地行星的质量演化。的倾斜侵蚀时间，从类地倾斜度23.5度到5度的倾斜度下降的时间，相比传统的日照宜居带（IHZ）作为半长轴，偏心率和恒星质量的函数。本文还计算了由潮汐引起的潮汐加热和平衡旋转。以超级地球G1581 d和候选行星G1581 g为例，研究了潮汐过程。在IHZ中，类地行星在小于0.25太阳质量（M_sun）的恒星中的倾斜侵蚀在<0.1 Gyr. Only terrestrial planets orbiting stars with masses >0.9 M_sun中发生，在整个IHZ中倾斜侵蚀次数大于1 Gyr。质量为0.3的类地行星<0.25 M_sun undergo significant tidal heating due to obliquity tides. The predictions of the two tidal models diverge significantly for e>。在我们的二体模拟中，Gl 581 d的自旋度被侵蚀到0，并且它的旋转周期在<0.…
2011-03-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
The fate of close-in planets: tidal or magnetic migration?
在近轨道上的行星与它们的宿主恒星在磁场和潮汐上相互作用。这些相互作用导致了一个净扭矩，使近距离行星根据轨道距离向内或向外迁移。我们系统地比较了典型的观测到的恒星行星系统（T-金牛座和热木星，M矮星和类地行星，K星和热木星）的基础上的国家的最先进的标度律的磁场和潮汐力矩的强度。我们发现，根据系统的特性，潮汐或磁效应可以占主导地位。对于非常接近的行星，我们发现这两种扭矩都可以使行星在10到10万年的时间尺度上迁移。因此，在预测紧凑系统的演化时，必须考虑这两种效应。
2017-09-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Tidal Venuses: Triggering a Climate Catastrophe via Tidal Heating
传统上，恒星辐射被认为是唯一能够在长时间尺度上决定全球气候的热源。在这里，我们表明，围绕低质量恒星运行的类地系外行星可能会在足够高的水平上被潮汐加热，从而在足够长的时间内引发失控的温室效应，使所有的氢逃逸。如果没有氢，地球上就没有水，无法维持生命。我们称这些行星为“潮汐金星”，这种现象为“潮汐温室”。“潮汐效应也使轨道循环，从而减少潮汐加热。因此，有些行星可能形成时有很大的离心率，伴随着很大的潮汐加热，并失去了它们的水，但最终在宜居带（HZ）中进入接近圆形的轨道（即潮汐加热可以忽略不计）。然而，这些行星不适合居住，因为过去的潮汐加热使它们干燥，因此不应该被列为旨在检测生物特征的详细后续观测的高度。围绕质量小于0.3太阳质量的恒星运行的行星可能会由于潮汐加热而处于干燥的危险之中。我们将这些概念应用于Gl 667 C c，一颗质量约为4.5地球的行星，在0.12天文单位绕一颗质量为0.3太阳质量的恒星运行。我们发现，它可能没有失去它的水，通过潮汐加热的轨道稳定性是不可能的潮汐温室所需的高偏心率。由于HZ的内边缘是由辐射驱动的失控或潮湿的温室的发作所定义的，我们的结果代表了对HZ的非圆形轨道的根本性修订。在附录中，我们回顾了a）潮湿和失控的温室，b）氢逃逸，c）恒星质量-半径和质量-光度关系，d）类地行星质量-半径关系，e）线性潮汐理论。[删节]
2012-11-27 astro-ph.EP
Non-tidal Coupling of the Orbital and Rotational Motions of Extended Bodies
传统上认为，伸展天体的轨道运动和自转轴转动仅由潮汐机制耦合。轨道-自旋耦合假说提供了另一种机制。确定了旋转扩展机构上的反向扭矩。扭矩影响轨道运动和旋转运动的储存器之间的角动量交换。扭矩的轴线被约束为位于受试者身体的赤道平面内。迄今为止，假设检验的重点是对火星大气假定扭矩的响应。大气全球环流模型模拟显示，应可观察到纬向翻转环流的增强和减弱，这与触发环绕火星的沙尘暴有关。在2018年火星全球沙尘暴早期获得的航天器观测记录了根据这一假设预测的大气纬向运动的强烈增强。我们回顾了大气物理学的影响，行星轨道演化与旋转能量耗散的调查，和引力理论。
2020-11-25 astro-ph.EP physics.ao-ph
Effect of core--mantle and tidal torques on Mercury's spin axis orientation
水星的地幔和它的核心在保守和耗散扭矩的旋转演化是重要的了解地球的自旋状态。潮汐、粘性、磁性和地核-地幔相互作用导致耗散。耗散的地核-地幔力矩使系统达到一个平衡态，其中两个自旋都固定在随轨道进动的坐标系中，并且地幔和地核是差动旋转的。这种平衡表现出的地幔自旋轴是从卡西尼状态偏移较大的金额为较弱的核心-地幔耦合的所有三个耗散的核心-地幔耦合机制，和核心的自旋轴分离更远的地幔，导致更大的差异旋转。相对较强的核心-地幔耦合所需的地幔自旋轴的观测位置接近卡西尼状态是没有得到任何三个耗散的核心-地幔耦合机制。对于一个流体静力学椭球核-幔边界，压力耦合主导的地幔和核位置上的耗散效应，和耗散与压力耦合带来的地幔自旋坚实的卡西尼状态。地核的自旋移动到一个位置，从地幔的位置移动了大约3.55弧分，几乎在包含卡西尼状态的平面内。如果耦合是通过Ekman边界层的环流，或者如果耦合是通过纯粘性耦合的$ν\sim 8.75\times 10^5\,{\rm cm^2/s}$，则考虑$ν\sim 15.0\,{\rm cm^2/s}$的最大粘性，地核自旋滞后于进动的卡西尼平面23角秒，而地幔自旋仅滞后0.055角秒。更大的非流体静力学的CMB椭圆率值也导致在卡西尼状态下的地幔自旋，但核自旋移动到更接近地幔自旋。
2014-01-16 astro-ph.EP
Tidal Oscillations of Rotating Hot Jupiters
本文计算了由近等熵对流核和几何薄辐射包层组成的均匀旋转热彗星的小振幅重力潮汐和热潮汐。将对流核中的流体视为粘性流体，并假设Ekman数${\rm Ek}$为常数，求解线性化的纳维-斯托克斯方程，得到对流核的潮汐响应。在辐射包线中，我们考虑了辐射耗散对响应的影响。潮汐响应的性质取决于包层中的热时标$τ_*$和核中的Ekman数Ek以及强迫频率$ω$是否在惯性范围内，其中惯性范围由旋转频率$Ω$的$|ω|\le2Ω$定义。如果是${\rm Ek}\gtrsim 10^{-7}$，则在$τ_*\gtrsim 1$天，核心中的粘性耗散在包层中占主导地位。如果${\rm Ek}\lesssim 10^{-7}$，然而，粘性耗散是可比的或小于热贡献和信封起着重要的作用，以确定潮汐扭矩。如果强迫是在惯性范围内，频率共振的潮汐强迫与核心惯性模式显着影响的潮汐扭矩，产生许多共振峰的扭矩。根据扭矩在峰值的符号，我们建议，存在的情况下，与核心惯性模式的共振阻碍的自旋和轨道运动的行星之间的同步过程。
2020-04-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Consequences of semidiurnal thermal tides on hot Jupiters zonal mean flows
炽热的恒星受到强烈的恒星加热。由此产生的热潮汐可以扭转它们的大气层进入异步旋转，而这些行星通常被认为与它们的主恒星锁定在自旋轨道同步。特别是，热大气扭矩可以大大增强的潮汐响应的动力成分，即与内波的传播相关的组件。由于涉及复杂的动力学，半解析方法是至关重要的，以了解的物理机制，负责的热潮汐的频率共振行为，并量化大气潮汐扭矩。在这项工作中，我们回顾了Arras \& Socrates（2010）的早期工作，并提出了一个改进的热潮汐模型，考虑到旋转和辐射冷却。使用这种新的建模，我们计算分析的大气潮汐响应的热对流，并显示与低频内部重力波的共振能够驱动异步纬向流的范围内1-30天。
2018-11-22 astro-ph.EP
How terrestrial planets traverse spin-orbit resonances: A camel goes through a needle's eye
利用潮汐力矩的综合谐波展开式，考虑了与频率相关的品质因数和Love数，研究了类水星类地行星在自旋轨道共振附近的动力学演化.扭矩方程的数值积分与一个小的时间步长，包括振荡的三轴扭矩分量，但忽略了分层结构的行星，并假设为零的曲率。我们发现一个类水星行星的轨道偏心率（0.2056）的当前值总是在3：2共振捕获。在较高的2：1共振中捕获的概率约为0.23。这些结果证实了半解析估计的捕获概率作为偏心率的函数的自旋速率的逆和逆行演变。从平衡扭矩的分析可以看出，在偏心率为0.2至0.41时，3：2共振中的截留是不可避免的。考虑到近星点时刻的相空间参数，触发即时共振通道的自旋速率和相位角范围非常窄，然而，像水星这样的行星在穿越2：1共振之前很少会无法将自己调整到这种不稳定平衡状态。
2012-04-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Stabilization of dayside surface liquid water via tropopause cold trapping on arid slowly rotating tidally locked planets
在不久的将来，围绕附近红矮星（M矮星）运行的陆地型系外行星是大气特征和生物特征搜索的最佳目标之一。最近的演化研究表明，位于M矮星宜居带的类地行星可能被潮汐锁定，由于其宿主恒星早期的高光度，其表面的水储量有限。之前对这类行星的几次气候模拟表明，它们剩余的水将被输送到行星永久的夜面，并被困在表面的冰中，使昼面没有水。在这里，我们使用一个三维的大气环流模式与水循环和精确的辐射转移计划，调查表面水的演变缓慢旋转潮汐锁定类地行星有限的表面水库存。我们发现，在这种类型的气候系统的夜面和亚恒星对流层顶之间的水捕获的竞争。虽然在某些情况下，地表水仍然被困在夜面作为冰盖，在其他情况下，液态水稳定在一个圆形区域在亚恒星区域作为湿地。N $_2$为1 bar，大气CO $_2$水平大于0.1 bar的行星，即使地表水储量非常小，也能保持稳定的昼侧液态水。我们的研究结果揭示了地球型系外行星上可能的气候状态的多样性，并强调了未来表征工作的表面液态水检测技术的重要性。
2020-02-20 astro-ph.EP physics.ao-ph
Lightning activity on a tidally locked terrestrial exoplanet in storm-resolving simulations for a range of surface pressures
本研究利用全球风暴解析气候模式，在多种地表气压下模拟潮汐锁定类地系外行星的闪电活动，比较两种参数化方案，发现闪电量随气压升高而单调减少，且空间分布受大尺度环流和垂直层结调控，为系外行星大气化学研究提供高分辨率新估计。
2025-07-18 astro-ph.EP physics.ao-ph
Final spin states of eccentric ocean planets
偏心潮汐产生的扭矩，可以驱动海洋行星向异步旋转平衡状态时，由海洋潮汐模式相关的共振增强。我们研究偏心潮汐对岩石行星旋转的影响，这些岩石行星拥有一个均匀的薄海洋，并绕着像TRAPPIST-1这样的冷矮星旋转，轨道周期约为1-10天。结合线性理论的海洋潮汐在浅水近似的Andrade模型的固体部分的行星，我们开发了一个全球模型，包括耦合效应的海洋负荷，自吸引力，和变形的固体区域。我们从这个模型的潮汐勒夫数和扭矩施加在地球上的解析解。这些解决方案与先进的固体内部结构和潮汐振荡模型提供的参数的实际值一起使用，以分析和数值方式探索参数空间。我们的模型使我们能够充分的频率共振潮汐响应的行星，特别是与海洋潮汐模式（本征频率，由此产生的最大潮汐扭矩和爱数）作为行星参数（质量，半径，安德拉德参数，海洋深度和瑞利阻力频率）的函数的共振的功能。与海潮相关的共振降低了临界偏心率，超过该偏心率，可以存在不同于通常的自旋轨道共振的异步旋转状态。我们提供了一个估计和比例律的临界偏心率，这被发现是降低了大约一个数量级，开关从~0.3到~0.06在典型的情况下，在极端的~0.01。
2019-07-15 astro-ph.EP
Periodic and quasi-periodic attractors for the spin-orbit evolution of Mercury with a realistic tidal torque
水星被困在一个3：2的共振中：它每绕太阳转两圈就绕着它的轴转三圈。人们普遍认为这是由于它的轨道偏心率很大。然而，最初引入的数学模型研究其自旋轨道演化证明是不完全令人信服的，因为常用的潮汐扭矩的表达式。直到最近，在主要由Efroimsky和Makarov撰写的一系列论文中，提出了一种不同的潮汐扭矩模型，该模型具有更现实的优点，并且相对于以前的模型，在3：2共振中提供了更高的捕获概率。另一方面，该模型的一个缺点是，描述潮汐扭矩的函数是不光滑的，并且由扭结的叠加组成，因此分析和数值计算都变得相当微妙：事实上，基于幂级数展开的标准扰动理论不能应用，并且实施快速算法以将运动方程数值积分需要高度小心。在本文中，我们做了详细的研究的自旋轨道动力学的水星，预测的现实模型：特别是，我们提出的数值和分析结果的性质的天平动的水星的自旋在3：2共振。结果提供了证据，在时间上的准周期的振动。
2017-03-03 astro-ph.EP math-ph math.CA
Tidal synchronization trapping in stars and planets with convective envelopes
本研究针对偏心系统中简单潮汐模型的预测偏差，发现具有对流包层的恒星和气态行星中潮汐驱动的惯性振荡会形成稳定同步俘获网络，可解释低质量恒星与热木星自转速率偏离伪同步或同步预期的现象。
2024-07-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Tidal evolution of packed moon systems around an Earth-mass planet
East Texas A&M University（东德克萨斯农工大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
研究地球质量行星周围紧密堆积卫星系统的潮汐演化，用REBOUND N体积分器及相关模块，在多种潮汐耗散参数下评估稳定性，发现地球质量行星可稳定容纳不同质量卫星数，其多卫星系统的存在依赖潮汐耗散，十亿年尺度下潮汐要更弱。
2026-07-17 astro-ph.EP
The rotation of planets hosting atmospheric tides: from Venus to habitable super-earths
固体潮汐和热潮汐引起的力矩之间的竞争驱动了在低质量恒星宜居带中运行的类金星行星和超级地球的旋转动力学。大气和地核的潮汐响应与它们各自的物理性质有关，并强烈依赖于潮汐频率。由此产生的扭矩决定了行星自转的可能平衡态。我们在这里计算一个解析表达式的总潮汐扭矩施加在金星一样的行星。该表达式用于描述物体的平衡旋转。接近星，固体潮汐占优势。与此相反，热潮汐驱动着行星的旋转动力学。过渡区对应于宜居带，在适居带中出现逆和逆平衡态。我们展示了强烈的影响的大气性质和流变学的固体部分的旋转动力学的金星状行星，突出的关键作用所发挥的耗散机制的稳定性的平衡配置。
2016-11-17 astro-ph.EP
Exploring tidal obliquity variations with SMERCURY-T
我们介绍了我们的新代码SMERCURY-T，它基于现有代码SMERCURY（Lissauer等人，2012）和Mercury-T（Bolmont等人，2015）。结果是一个混合变量辛N体积分器，可以计算多行星系统中行星在恒星潮汐自旋扭矩影响下的轨道和自旋演化。我们验证我们的实施比较我们的实验结果，一个长期的模型。正如我们在一系列实验中所展示的那样，SMERCURY-T允许研究复杂多行星系统中的长期自旋轨道共振交叉和捕获行星。这些过程可以驱动行星的自旋状态在其朝向潮汐平衡的道路上沿着截然不同的路径演化，因为潮汐自旋扭矩抑制了行星的自旋速率并演化了其自旋。此外，我们还展示了一个场景的结果，该场景描述了作为两个自旋轨道共振重叠而存在的混沌区域的交叉。测试行星在潮汐演化过程中经历了剧烈和混乱的波动，直到最终脱离共振。所有这些过程对于太阳系内外许多天体的倾角演化都很重要，并对行星气候和宜居性产生影响。SMERCURY-T是一个功能强大的多功能工具，可以进一步研究这些现象。
2021-09-07 astro-ph.EP
The dynamical evolution of close-in binary systems formed by a super-Earth and its host star. Case of the Kepler-21 system
这项工作的目的是发展一个形式主义的长期演变的研究，包括相互作用，由于潮汐，每个机构赋予其他的二元系统。我们还考虑了与$J_2$相关的久期项对轨道演化的影响以及由三轴性引起的力矩对旋转演化的影响，这两个项都只与其中一个天体有关。我们应用这些方程组的研究的轨道和旋转演化的一个由岩石行星和它的宿主恒星组成的二元系统，以表征在工作中的动力学演化，特别是近自旋轨道共振。我们使用的运动方程，给出了时间演化的轨道要素和自旋速率的每个机构，以研究时间演化的开普勒-21系统作为一个例子，我们已经开发的形式可以应用。对于零偏心率和零倾角，我们得到了一组无奇点的运动方程。一方面，这一组给出了由于系统两个成员产生的潮汐势以及其中一个成员的三轴性而引起的轨道要素的时间演化。另一方面，它给出了恒星自转速率的时间演化，由于相应的潮汐扭矩和行星的旋转角度，由于潮汐和三轴度引起的扭矩。我们发现，对于这里探索的参数和初始条件，潮汐和三轴度引起的修改的潮汐模式可以比预期的更有意义，潮汐同步的时间强烈依赖于流变参数的值。
2020-08-03 astro-ph.EP
