Insolação em planetas terrestres síncronos e assíncronos em sistemas multiplanetários

Abstract

As forças decorrentes da atração gravitacional mútua entre os planetas têm uma grande influência no clima da Terra e, portanto, em sua habitabilidade. Um exemplo desse processo é a variação da excentricidade orbital, que contribui de forma significativa para a ocorrência de períodos de glaciação na Terra em escalas de tempo regulares. Usando o pacote de software Mercury e a teoria planetária secular, pretendemos encontrar ciclos de precessão e excentricidade semelhantes aos conhecidos na Terra para exoplanetas do tipo super-Terra presentes em sistemas multiplanetários. Estendemos a formulação para estimar a insolação proposta por Dobrovolskis et al. (2007) no caso de um planeta síncrono e assíncrono perturbado por um companheiro. Neste trabalho, determinamos a insolação recebida por um exoplaneta orbitando em torno de estrelas do tipo G, M e K pertencentes a sistemas multiplanetários. Os resultados mostram que, no caso síncrono, a insolação permanece aproximadamente constante, variando apenas devido às oscilações da excentricidade e às perturbações seculares. Já no caso assíncrono, observam-se variações periódicas significativas da insolação, caracterizadas pelos ciclos orbitais e pela evolução do ângulo horário. Planetas muito próximos de suas estrelas, como WASP-47e, HD 219134b e 55 Cancri-e, exibem insolação extrema, desfavorável à presença de água líquida. Em contraste, planetas como K2-18b, TRAPPIST-1d, e, f e LP 791-18d apresentam valores mais moderados. Em TRAPPIST-1f, identificamos variações da insolação correlacionadas a picos de excentricidade, sugerindo a presença de ciclos análogos aos ciclos de Milankovitch.

The forces resulting from mutual gravitational attraction between planets have a major influence on Earth's climate and, therefore, on its habitability. An example of this process is the variation in orbital eccentricity, which contributes significantly to the occurrence of glaciation periods on Earth at regular time scales. Using the Mercury software package and secular planetary theory, we aim to find precession and eccentricity cycles similar to those known on Earth for Super-Earth-type exoplanets present in multiplanetary systems. We extend the formulation for estimating insolation proposed by Dobrovolskis et al. (2007) in the case of a synchronous and asynchronous planet perturbed by a companion. In this work, we determine the insolation received by an exoplanet orbiting around G, M, and K-type stars belonging to multiplanetary systems. The results show that, in the synchronous case, insolation remains approximately constant, varying only due to eccentricity oscillations and secular perturbations. In the asynchronous case, significant periodic variations in insolation are observed, characterized by orbital cycles and the evolution of the hour angle. Planets very close to their stars, such as WASP-47e, HD 219134b, and 55 Cancri-e, exhibit extreme insolation, which is unfavorable to the presence of liquid water. In contrast, planets such as K2-18b, TRAPPIST-1d, e, f, and LP 791-18d have more moderate values. On TRAPPIST-1f, we identified variations in insolation correlated with peaks in eccentricity, suggesting the presence of cycles analogous to Milankovitch cycles.