基于热木星的观测特征追溯其形成演化历史

In this project, we study the formation and evolution of hot Jupiters mainly considering the influence of the disk model and orbital migration. Comparing the results from the simulations with the observation, we will get the formation history of the hot Jupiters. It is one of the important questions in the theory of planetary formation and it is also one of the topics at the forefront in the field of modern celestial mechanics research. Through this project, we will obtain reasonable speed of orbital migration and disk model, will get the influence of the collision process and gas accretion process on the final planet masses, sizes, locations and the compositions of the chemical elements in the hot Jupiters. Our works will be helpful to improve the theory of planetary formation and deepen the understanding on the dynamics and formation of solar system and the exoplanetary systems. Implement of this project and innovative works will improve the international influence in the fields of the observation and theoretical research.

本项目中我们将研究系外行星中热木星的形成演化过程。结合观测得到的热木星的碳氧丰度比数据，综合考虑盘模型、轨道迁移因素的影响，通过数值模拟、理论分析获得热木星的形成演化历史。这是行星形成演化理论中的重要问题之一，也是现代天体力学研究中的前沿问题。本项目通过观测和理论研究的结合，将对目前存在争议的轨道迁移速度提供合理范围；对热木星形成过程中需要的盘模型进行限定；揭示在热木星形成过程中碰撞合并过程以及气体吸积过程对最终行星质量、大小、位置及其大气组成成分等参数的影响。这些结果有助于进一步完善行星形成理论，加深对太阳系和系外行星形成的理解。通过本项目的实施和创新性工作的完成，力争提高我国在系外行星观测和理论研究方面的国际影响力。

对系外行星尤其是热木星的观测和研究是近年来天文学研究中的重要前沿课题之一，对其大气成分和形成演化的研究有助于我们理解太阳系的形成和起源，获得更多行星形成理论的依据。通过本项目的开展，在理论上，我们解释了目前观测中周期比在1.5附近聚集的原因，以及近共振构型形成与尘埃盘之间的关系；对系统中存在气态巨行星情况下构型的形成进行了研究，发现类地行星与热木星之间可以形成近共振构型影响，解释了一批类似系统的形成过程；给出了原行星盘LkCa 15中的气体和尘埃分布特征，并准确限定了原行星盘的气体质量，揭示了行星形成早期的物理环境；描绘出了比邻星系统稳定区域的整体图像，揭示了两颗行星保持系统动力学稳定的行星参数范围。在观测上，对热木星WASP-43 b和TrES-3 b进行了凌星测光后续观测，并得到了两行星的质量上限；对热木星WASP-74 b进行了多波段测光观测从而对其轨道和系统参数进行了更高精度限定，推测其大气中含有TO和VO气体；观测了超热木星MASCARA-2b的光谱，在其大气中发现了CaII，FeII，NaI，Hα和Hβ并第一次在系外行星大气中发现了Ca三线的存在；观测了WASP-52 b的光谱并在其大气中发现了Na，K和Hα吸收线；观测了HD 209458b的光谱，对其大气中是否含有NaI进行了验证，发现NaI特征很可能是CLV和RM等效应造成的。通过本项目的开展，我们从观测和理论上对系外行星尤其是热木星的观测和形成演化历史进行了研究，加深了对系外行星形成的理解。项目执行期间共发表论文10篇，参加国内学术交流会议15人次，参加国际会议交流9人次，出访交流2次，组织2次系外行星交流会议，邀请国内外专家10人次开展学术交流活动，培养研究生毕业2人。