行星-盘相互作用的二维程度有多大？I. 局部等温盘

摘要 行星-盘相互作用虽然从根本上是三维的，但通常在二维“薄盘”近似下进行研究。行星-盘相互作用的整体形态在二维和三维模拟中显示出相似性，然而，二维模拟量化匹配三维结果的能力在很大程度上取决于如何处理行星的势。在通常情况下，二维行星势使用某种“平滑长度”进行了平滑处理，这是一个自由参数，不同的值已经被提出，具体取决于感兴趣的相互作用方面。在本文中，我们详细重推了行星-盘相互作用的二维纳维-斯托克斯方程，以寻找更好的方法来表示二维引力。我们进行了一大系列二维和三维模拟来测试这些力的处方。我们确定了相互作用中根本上是三维的部分，并测试我们新的力处方以及传统平滑势匹配三维模拟的效果。总体而言，我们发现表示行星势的最佳方式是“贝塞尔型势”，但即便在这种情况下，二维模拟也无法再现总扭矩与背景梯度的正确标度，至多能将单边林布雷扭矩和间隙宽度匹配到10%。我们发现基于标准二维模拟的观测间隙结构分析可能系统性低估行星质量两倍，并讨论三维效应对速度拐角观测的影响。