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本文利用数值模拟方法研究了三个单行星系统和两个双行星系统的潮汐演化过程,主要内容如下:
对于单行星系统,研究了WASP-43,GJ1214和Kepler-10(Kepler-10c的引力作用作为摄动效应考虑)三个系统的潮汐演化过程。研究结果表明,潮汐效应使它们的轨道衰减和圆化,从而形成现在的轨道。对于Kepler-10b的演化过程研究,除潮汐效应外,还分别考虑了相对论效应、伴星效应和恒星四极矩效应,结果表明,后三种效应对轨道的衰减和圆化都可以忽略;但这四种效应都引起了Kepler-10b的轨道近星点幅角的进动,数值模拟的进动周期与理论值相吻合。
对于双行星系统,研究了CoRoT-7和Kepler-10两个系统的潮汐演化过程。CoRoT-7系统的研究结果与前人的结果基本吻合,两颗行星都在潮汐作用下向内迁移,同时偏心率减小,最后形成目前的轨道。在Kepler-10系统中,Kepler-10b的潮汐演化比较明显;但是,由于Kepler-10c距离中心恒星较远,其轨道半长轴和偏心率只在初始值附近做小幅度的振荡。在Kepler-10系统的基础上,我们虚构了一个类似CoRoT-7系统的双行星系统,把Kepler-10c移到0.05au以内的非圆轨道上,而将Kepler-10b的初始偏心率设为零,演化结果与CoRoT-7系统的演化结果一致。我们还研究了Kepler-10b的潮汐耗散系数Q1对它轨道演化的影响,结果表明,Q1只对其偏心率的演化时标有影响,而对最后半长轴的值没有影响,这与理论上的研究结果相吻合,从而给出了Kepler-10b可能的潮汐耗散系数范围为50≤Q1≤200。通过对Kepler-10b的潮汐演化结果的研究,结合Kepler-10c的几种结构模型,给出了Kepler-10c可能的质量范围为7M⊕≤m2≤20M⊕。
在行星的潮汐演化结束以后,轨道偏心率变为零,但是,恒星的潮汐效应将继续使行星的轨道衰减。因此,我们还数值模拟了每颗行星在恒星的潮汐作用下的轨道演化,进而估算了行星的剩余寿命。
由于潮汐效应使轨道衰减和圆化,从而改变行星的轨道周期,对掩星行星而言,可能会产生能够探测到的掩星周期的变化。本论文还介绍了目前掩星周期变化法探测系外行星的进展状况,包括理论研究,目前探测现状以及与掩星周期变化法探测系外行星有关的其它方面。在此基础上,己开始了对掩星周期变化的研究工作,并取得了初步的结果。