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Eccentricity Driven Climate Effects in the Kepler-1649 System
The Astronomical Journal ( IF 5.3 ) Pub Date : 2020-12-15 , DOI: 10.3847/1538-3881/abcbfd
Stephen R. Kane 1 , Zhexing Li 1 , Eric T. Wolf 2 , Colby Ostberg 1 , Michelle L. Hill 1
Affiliation  

The discovery of terrestrial exoplanets is uncovering increasingly diverse architectures. Of particular interest are those systems that contain exoplanets at a variety of star-planet separations, allowing direct comparison of exoplanet evolution (comparative planetology). The Kepler-1649 system contains two terrestrial planets similar both in size and insolation flux to Venus and Earth, although their eccentricities remain largely unconstrained. Here we present results of dynamical studies of the system and the potential effects on climate. The eccentricities of the Kepler-1649 system are poorly constrained, and we show that there are dynamically viable regions for further terrestrial planets in between the two known planets for a limited range of eccentricities. We investigate the effect of eccentricity of the outer planet on the dynamics of both planets and show that this results in high-frequency (1000-3000 year) eccentricity oscillations in long-term stable configurations. We calculate the resulting effect of these eccentricity variations on insolation flux and present the results of 3D climate simulations for the habitable zone planet. Our simulations demonstrate that, despite large eccentricity variations, the planet can maintain stable climates with relatively small temperature variations on the substellar hemisphere for a variety of initial climate configurations. Such systems thus provide key opportunities to explore alternative Venus/Earth climate evolution scenarios.

中文翻译:

Kepler-1649 系统中偏心率驱动的气候效应

类地系外行星的发现揭示了越来越多样化的结构。特别令人感兴趣的是那些包含处于各种星-行星间距的系外行星的系统,允许直接比较系外行星的演化(比较行星学)。Kepler-1649 系统包含两颗在大小和日照通量上与金星和地球相似的类地行星,尽管它们的离心率在很大程度上仍然不受限制。在这里,我们展示了系统动力学研究的结果以及对气候的潜在影响。Kepler-1649 系统的偏心率限制很差,我们表明在两个已知行星之间存在动态可行的区域,以便在有限的偏心率范围内存在更多类地行星。我们研究了外行星的离心率对两颗行星动力学的影响,并表明这会导致长期稳定配置中的高频(1000-3000 年)离心率振荡。我们计算了这些偏心率变化对日照通量的影响,并展示了宜居带行星的 3D 气候模拟结果。我们的模拟表明,尽管偏心率变化很大,但对于各种初始气候配置,行星可以保持稳定的气候,而恒星下半球的温度变化相对较小。因此,此类系统为探索替代的金星/地球气候演变情景提供了关键机会。我们计算了这些偏心率变化对日照通量的影响,并展示了宜居带行星的 3D 气候模拟结果。我们的模拟表明,尽管偏心率变化很大,但对于各种初始气候配置,行星可以保持稳定的气候,而恒星下半球的温度变化相对较小。因此,此类系统为探索替代的金星/地球气候演变情景提供了关键机会。我们计算了这些偏心率变化对日照通量的影响,并展示了宜居带行星的 3D 气候模拟结果。我们的模拟表明,尽管偏心率变化很大,但对于各种初始气候配置,行星可以保持稳定的气候,而恒星下半球的温度变化相对较小。因此,此类系统为探索替代的金星/地球气候演变情景提供了关键机会。对于各种初始气候配置,行星可以保持稳定的气候,而在亚恒星半球的温度变化相对较小。因此,此类系统为探索替代的金星/地球气候演变情景提供了关键机会。对于各种初始气候配置,行星可以保持稳定的气候,而在亚恒星半球的温度变化相对较小。因此,此类系统为探索替代的金星/地球气候演变情景提供了关键机会。
更新日期:2020-12-15
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