Secular orbital dynamics of the innermost exoplanet of the $\upsilon$-Andromedæ system
本文通过构建准周期受限哈密顿模型并结合频率分析与正规形方法，研究了 υ-Andromedae 系统最内层行星 υ-And b 在外部超级木星引力及相对论效应下的长期轨道稳定性，并快速预选其稳定参数域。
2023-04-18 astro-ph.EP math.DS
Comparison between Laplace-Lagrange Secular Theory and Numerical Simulation
在过去的二十年里，系外行星发现的大量增加表明了各种各样的系统，其稳定性尚不清楚。在这项工作中，我们选择了$\upsilon$仙女座系统作为我们的动力学稳定性研究的基础。这个系统有一个可能的质量范围，作为径向速度方法检测的结果，所以我们采用行星$c$和$d$的质量范围，并应用长期理论。我们还进行了一个数值积分的三体问题的系统在3万年的时间跨度。结果揭示了长期扰动理论和数值积分之间的相似性，以及长期理论没有给出良好结果的局限性。对结果的分析为类似于$\upsilon$仙女座的稳定行星系的质量和偏心率的最大值提供了线索。
2018-06-08 astro-ph.EP
An Analytic Criterion for Turbulent Disruption of Planetary Resonances
多行星系统中的平均运动不确定性是原行星盘驱动迁移的预期结果，它们在观测数据中的相对缺乏对当前的行星形成和动力学演化模型提出了重要挑战。一个可以导致可压缩性消失的自然机制是随机轨道强迫，由星云内的湍流密度波动引起。虽然这一过程在质量上是有希望的，但在何种条件下可以打破平均运动共振还没有很好地理解。在这项工作中，我们推导出一个简单的分析标准，阐明了系统的物理参数之间的关系，并找到必要的条件，驱动行星的共振。随后，我们证实了我们的研究结果与数值积分进行的微扰制度，以及直接N体模拟。我们的计算表明，湍流共振破坏最敏感地依赖于行星-恒星质量比。具体来说，对于一个具有与早期太阳星云$α=0.01$相当的性质的盘，只有累积质量比小于$(m_1+m_2)/M\lesssim10^{-5}\sim3M_{\oplus}/M_{\odot}$的行星对才容易在$a\sim0.1\,$ AU级的半长轴上发生共振破坏。虽然湍流有时会损害共振对，但需要一种额外的机制（例如通过磁盘偏心率抑制共振捕获概率）来充分解释太阳系外行星系的大部分非共振轨道结构。
2017-01-26 astro-ph.EP math.DS
First order resonance overlap and the stability of close two planet systems
受轨道周期比为1<P2/P1<2的多行星系统的布居情况的启发，我们研究了两行星系统的长期稳定性。两颗大质量行星在接近圆形和接近共面轨道上的哈密顿量在一阶平均运动共振附近可以简化为一个单自由度问题（Sessin & Ferraz Mello（1984），Wisdom（1986），Henrard et al.（1986））。利用这一易于分析的哈密顿量，我们应用共振重叠判据预测了两个封闭行星系统中大尺度混沌运动的发生。约化哈密顿量对行星质量比的依赖性很弱，因此重叠判据在最低阶与行星质量比无关。数值积分结果表明，在低偏心率（e <~0.1）区域，行星质量比对近轨道混沌相空间结构的影响很小。我们数值计算表明，主要由一阶共振重叠产生的混沌网络中的轨道最终经历大规模的不稳定变化的半长轴和拉格朗日不稳定。这也是真实的轨道在这个重叠区域是希尔稳定的。因此，我们可以使用一阶共振重叠准则作为一个有效的稳定性判据对观测到的行星。研究表明，对于初始轨道为圆的低质量（<10 M_Earth）行星系，完全重叠和大范围混沌的周期比位于Hill稳定的参数空间区域内.我们的工作表明，共振重叠标准，这将适用于初始偏心轨道需要考虑到二阶共振。最后，我们解决了在以前的工作中发现的希尔稳定性标准和数值确定的拉格朗日不稳定边界的共振重叠的背景下。
2013-07-30 astro-ph.EP
Relativistic Dynamical Stability Criterion of Multi-Planet Systems with a Distant Companion
本文提出计入宿主恒星相对论进动的多行星系统通用解析稳定性判据，并通过2至3颗内行星的数值模拟验证，用于约束观测系统中遥远倾斜伴星的轨道参数空间。
2023-12-07 astro-ph.EP
The Instability Transition for the Restricted 3-Body Problem. III. The Lyapunov Exponent Criterion
针对圆型限制性三体问题（CR3BP）的特殊情况，利用李雅普诺夫指数和功率谱建立了双星系统行星轨道稳定性的判据.我们的方法的核心是李雅普诺夫指数的概念，这是纳入轨道稳定性的分析，通过整合的雅可比矩阵的CR3BP和正交化的切向量通过一个完善的算法最初由沃尔夫等人开发的轨道稳定性的标准的基础上的李雅普诺夫指数独立验证，使用功率谱。所得到的结果进行比较，在本系列的前两篇论文中提出的结果。结果表明，最大李雅普诺夫指数可以作为一个指标的混沌行为的行星轨道，这是一致的，与以前的应用，特别是研究太阳系。混沌行为对应于轨道稳定性或不稳定性，它只取决于双星组成部分的质量比和行星相对于恒星分离距离的初始距离比。我们的理论结果使我们能够将行星轨道稳定性的研究与混沌理论联系起来，注意到有大量关于李雅普诺夫指数的性质和意义的文献。虽然我们的结果是CR3BP的特殊情况下，我们预计，它可能会增加拟议的李雅普诺夫指数标准的广义恒星双星系统，这是强烈的动机，现有的观测结果，以及预期的结果，从正在进行的和未来的行星搜索任务的行星研究。
2011-06-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
A new model for mixing by double-diffusive convection (semi-convection): I. The conditions for layer formation
在天体物理学中称为“半对流”，在地球和行星科学中称为“扩散区的双扩散对流”的过程，发生在恒星和行星内部，根据勒杜判据是稳定的，但根据史瓦西判据是不稳定的。在这一系列的论文中，我们分析了一套广泛的三维数值模拟的过程中的结果，并最终提出了一个新的一维处方的热量和成分运输在这个制度，可用于恒星或行星的结构和演化模型。在对这一现象的初步研究中，Rosenblum等人（2011）表明，在主要不稳定性饱和之后，系统可以以两种可能的方式之一演变：诱导的湍流要么保持均匀，具有非常弱的传输特性，要么过渡到热成分阶梯，其中传输速率要大得多（尽管仍然小于标准对流）。在本文中，我们表明，这种二分法的行为是一个强大的半对流参数空间的广泛区域的财产。我们提出了一个简单的半分析的标准，以确定是否层形成的预期或没有，以及在什么样的速度，它的收益，作为一个功能的背景分层和扩散参数（粘度，热扩散率和成分扩散率）。理论标准匹配的结果，我们的数值模拟非常充分的数值访问“行星”参数制度，可以很容易地外推到恒星参数制度。随后的文件将更具体地解决问题的量化运输分层的情况下，在非分层的情况下。
2011-12-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Resonance breaking due to dissipation in planar planetary systems
我们研究了两颗行星在平均运动共振和潮汐作用下围绕一颗恒星的演化。我们推导出一个可积的分析模型的平均运动共振再现的共振动力学的主要特征的任何顺序。利用这个简化的模型，我们得到一个标准，表明取决于在两个行星的潮汐耗散的平衡，其最终周期比可能会停留在共振值，增加以上，或减少以下的共振值。将这一标准应用于围绕GJ 163运行的两颗内行星，我们推断，当前的周期比（2.97）可能是3：1 MMR中耗散的结果，前提是最内层的行星是气态的（耗散缓慢），而第二颗行星是岩石的（耗散较快）。我们进行N体模拟与潮汐耗散，以确认我们的分析模型的结果。我们还将我们的标准应用于GJ 581 b，c（5：2 MMR），如果内行星是气态的，而外行星是岩石的（如GJ 163），则重现当前的周期比（2.4）。最后，我们将我们的模型应用于开普勒任务的统计数据。我们发现，行星对的过剩接近一阶MMR，但在外部循环，即，周期比P_out/P_in >（p+1）/p的共振（p+1）：p，可由内行星的潮汐耗散再现。不需要任何其他耗散机制，只要这些系统的共振具有不可忽略的偏心率。
2014-04-18 astro-ph.EP
AMD-stability and the classification of planetary systems
我们在这里提出的角动量赤字（AMD）在碰撞过程中的演变，因为它是在（Laskar，PRL，2000年）中所描述的全部细节。从那时起，AMD已被发现是理解行星形成模型结果的关键参数。我们在这里定义的AMD稳定性标准，可以很容易地验证一个新发现的行星系。我们展示了如何AMD稳定性可以用来建立一个分类的多行星系统，以展示的行星系是长期稳定的，因为他们是AMD稳定的，和那些AMD不稳定，然后需要一些额外的动力学研究，以得出结论，他们的稳定性。AMD稳定性分类适用于131多行星系统从太阳系外行星百科全书数据库（exoplanet.eu）的轨道要素是足够众所周知的。
2017-03-22 astro-ph.EP
Evolution of Planetary Chaotic Zones in Planetesimal Disks
本文通过大量数值实验研究单星系统中行星混沌区清除时标与质量参数的关系，揭示两种扩散分量，并与解析理论和以往数值方法进行比较。
2024-05-03 astro-ph.EP
Long-Term Dynamics of Planetesimals in Planetary Chaotic Zones
本研究通过高精度数值实验，确定了单恒星碎屑盘系统中行星混沌区尺寸与质量比μ的阶梯状依赖关系，并基于平均运动共振重叠理论解释了边缘共振的作用。
2023-07-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
A new model for mixing by double-diffusive convection (semi-convection). II. The transport of heat and composition through layers
恒星和行星内部的区域根据史瓦西判据是不稳定的，但根据勒杜判据是稳定的，它们受到一种振荡双扩散（ODD）对流的影响，通常称为“半对流”。在这一系列论文中，我们使用了一套广泛的三维（3D）数值模拟来量化ODD对流的热量和成分的传输，并最终提出了一个新的1D处方，可用于恒星和行星的结构和演化模型。该系列的第一篇论文表明，在一定条件下，ODD对流自发地从最初的均匀湍流状态转变为对流层的阶梯，这导致热量和成分的传输大幅增加。在这里，我们提出了模拟的奇对流在这个分层制度，我们描述的层的动力学行为，我们推导出经验的尺度律通过分层对流的运输。
2015-01-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dynamical instability and its implications for planetary system architecture
我们研究了动力学不稳定性对塑造系外行星系统轨道特性的影响。使用N体模拟的非EMS（相等的相互分离），多行星系统，我们发现，不稳定的时间尺度$t$的下限是由最小的相互分离$K_{\rm min}$在相互希尔半径的单位。表现出不稳定性的行星系通常包括周期比为$<1.33$的行星对。我们最后的周期比分布的所有相邻的行星对显示出类似于那些观察到的\kepler \行星数据的一阶平均运动共振附近的下降峰结构。然后，我们比较的概率密度函数（PDF）的de-biased的\kepler \周期比与我们的模拟，并发现缺乏行星对周期比$> 2.1$的观测-可能是由向内迁移之前的磁盘耗散或行星对不形成周期比$> 2.1$与相同的频率，他们做较小的周期比。通过比较模拟与观测周期比的概率密度函数，得到了气盘耗散时瑞利分布偏心率尺度参数的上限为0.03。最后，我们的研究结果表明，一个“包装”或“紧凑”的行星系是一个可行的定义，至少有一个行星对的周期比小于1.33。这个标准意味着4%的\kepler系统（或6%的有两个以上行星的系统）是紧凑的。
2019-01-30 astro-ph.EP
Architecture Classification for Extrasolar Planetary Systems
该研究基于近6000颗已确认系外行星样本，提出按内外区域及动力学特征划分行星系统架构的分类框架，可低歧义归类几乎所有三行星以上系统。
2025-02-18 astro-ph.EP
Exploring the Neptunian Desert: Insights from a Homogeneous Planetary Sample
本研究通过同质样本分析近距离海王星行星，发现包层质量分数在约3.5天轨道周期处存在分界，揭示了海王星沙漠与脊的过渡，表明不同区域的形成演化机制不同。
2025-04-22 astro-ph.EP
Thermal evolution and lifetime of intrinsic magnetic fields of Super Earths in habitable zones
我们数值研究了不同质量的类地行星在宜居带的热演化，重点是发电机活动的持续时间，以产生其固有的磁场，这可能是在行星上的可居住性的关键因素之一。我们特别关注超级地球，对它们的观测正在迅速发展。我们计算了行星内部的温度分布的演变，使用Vinet状态方程，Arkenius型地幔粘度公式，和天体物理学的对流传热的混合长度理论修改地幔对流。在用太阳系类地行星校正模型后，我们将其应用于表面温度为$300~\mbox{K}$（在宜居带）、成分类似地球的0.1-$10M_{\oplus}$岩石行星。根据核幔边界热流判据，计算了磁场的热演化，并估算了磁场的寿命。我们发现，寿命随行星质量（$M_p$）的增加而缓慢增加，与核幔边界初始温度差（$ΔT_{\rm CMB}$）无关，但当超过一个临界值$M_{c,p}$（$\sim O(1)M_{\oplus}$）时，由于压力效应引起的地幔粘性增强，寿命突然下降。我们推导出$M_{c,p}$作为$ΔT_{\rm CMB}$和流变参数（活化体积，$V^*$）的函数。因此，具有$M_p > M_{p,c}$的超级地球的磁场寿命敏感地取决于反映行星吸积的$ΔT_{\rm CMB}$和在非常高的压力下具有不确定性的$V^*$。需要更先进的高压实验和第一性原理模拟以及行星吸积模拟来讨论超级地球的可居住性。
2010-10-26 astro-ph.EP
Re-Evaluating Small Long-Period Confirmed Planets From Kepler
我们重新审视小的长周期开普勒行星候选人的统计确认，根据最近的改进，我们的理解发生系统性假警报，在这个政权。使用最终的数据发布25（DR 25）开普勒行星候选目录统计数据，我们发现先前确认的单行星系统开普勒-452b在行星假设中不再达到99%的置信度，并且不被认为与Mullally等人的发现一致。对于多行星系统，我们发现，相对于以前的开普勒目录，属于多行星系统的行星先验增强被抑制，我们确定多行星系统成员开普勒-186f，不再达到行星假设的99%置信度。由于在导致信号检测和表征的数据分析过程中有许多混杂因素，因此很难确定是否有任何一个行星候选者达到了相对于系统性假警报的严格标准。例如，当考虑到处理变化的简化模型时，额外的单行星系统Kepler-443 b，Kepler-441 b，Kepler-1633 b，Kepler-1178 b和Kepler-1653 b在行星假设中有不可忽略的概率低于99%的置信度。在采用统计验证技术时，必须考虑到系统误报假设，以确认接近调查检测阈值的行星候选者。我们鼓励那些对K2、TESS和其他类似数据集进行过境搜索的人量化他们的系统误报率。或者，对过境信号或径向速度测量的独立光度检测可以消除假警报假设。
2019-01-02 astro-ph.EP
ODEA: Orbital Dynamics in a complex Evolving Architecture -- Application to the planetary system HD 106906
混合变量辛积分在轨道动力学中有着广泛的应用。然而，它们是为太阳系类型的体系结构而开发的，并且不能处理演化的层次结构，特别是在具有两个或更多恒星组件的系统中。HD 106906是一对紧密的F型恒星，被一个碎片盘和一个行星质量的伴星环绕在一个宽轨道上。我们提出了新的算法ODEA，辛算法SWIFT HJS的基础上，可以模拟任何系统（二进制，…）不稳定的结构。我们研究的特殊系统HD 106906作为测试的代码。我们定义和计算一个标准的基础上加速比，以表明当初始层次结构是不相关的了。然后计算新的层次结构。该代码用于研究最近由De Rosa & Kalas（2019）证明的HD 106906系统上发生的两次飞越，以确定它们是否可以解释行星的宽轨道。已经进行了数千次模拟来解释扰动器坐标和速度的不确定性。该算法能够处理任何层次结构的变化，暂时的或没有。我们用它来完全模拟HD 106906遭遇。模拟证实，飞掠可以稳定行星轨道，并表明它可以解释行星相对于磁盘平面以及磁盘形态的可能不对准。然而，这需要在最近的方法小的距离（< 0.05 pc），这种配置是不能保证的。ODEA是研究非太阳能类型建筑的一个很好的选择。它现在可以适应不断发展的层次结构，因此适合研究行星和尘埃的捕获。需要进一步观测扰动物，特别是它们的径向速度，才能得出飞掠对系统HD 106906的影响的结论。
2019-09-10 astro-ph.EP
Capture of Planets Into Mean Motion Resonances and the Origins of Extrasolar Orbital Architectures
行星系动力学演化的早期阶段往往是由驱动轨道迁移的耗散过程所塑造的。在多行星系统中，轨道的汇聚不可避免地导致与合理周期比的相遇，这可能导致建立平均运动共振。共振捕获的成功或失败产生了非常不同的后续演化，因此在确定行星系的轨道结构方面起着核心作用。在这项工作中，我们采用了一个可积的哈密顿形式主义的一阶行星共振，允许两个二级机构有有限的质量和偏心率，并构建一个全面的理论共振捕获。特别是，我们推导出的条件下，轨道演化位于绝热制度，并提供了一个广义的标准，保证共振锁定以及计算捕获概率时，捕获是不确定的程序。随后，我们利用开发的分析模型来研究木星和土星的演化在原太阳星云，并调查的起源占主导地位的非共振轨道分布的亚木星系外行星。我们的计算表明，通常观察到的太阳系外的轨道结构可以理解，如果行星对遇到轻微偏心（e~0.02）的轨道上的平均运动的不确定性。因此，我们推测，低质量行星之间的共振捕获通常是不成功的，由于微妙的轴向不对称固有的全球结构的原行星盘。
2015-05-07 astro-ph.EP math.DS
Accelerating the discovery of steady-states of planetary interior dynamics with machine learning
Institute of Planetary Research, German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心行星研究所）；Helmholtz-Zentrum Hereon（亥姆霍兹中心盖斯特哈赫特）
本文提出用机器学习预测地幔对流稳态温度剖面以初始化数值模拟，仅需少量训练样本即可将达到稳态所需时间步数减少中位数3.75倍，且无预测误差、推理开销极小。
2024-08-30 astro-ph.EP cs.AI cs.LG
