Galerie projektu 2023

Cheops_illustration_pillars

Studenti středních škol z celé Evropy se ve spolupráci s ESA stali exoplanetárními detektivy a pomocí dat z družice Cheops odhalili záhady dvou exoplanet: KELT-3b a TOI-560c.

Prohlédněte si níže uvedené projekty.

Planeterra

Vítěz ceny za nejlepší projekt
Gymnázium Brno-Bystrc Brno - Jižní Morava Česká republika 15 let, 19 let 3 / 0

Externí URL adresa projektu týmu (např. webová stránka nebo PDF):
https://photohorak.cz/TOI-560c.html

Odkaz na video na Youtube:
https://www.youtube.com/watch?v=0SZ2f3I-MtM

TOI-560c

Popis projektu TOI-560c:

Ve vzdálené sluneční soustavě, přesněji ve vzdálenosti 103 světelných let, se nachází naše vytoužená exoplaneta. Jak už název napovídá, naše TOI-560c není jedinou exoplanetou ve své sluneční soustavě. Ačkoli je systém malý, obsahuje druhou planetu, která je přibližně dvakrát větší a nazývá se TOI-560b. Obě obíhají kolem hvězdy typu K, TOI-560, mimo obyvatelnou zónu sluneční soustavy.

TOI-560c Výsledky a analýza

Velikost planety

Nejprve jsme určili průměr planety na 30550,62 m s hloubkou tranzitu 0,01372%. Pro výpočet poloměru jsme nejprve použili Allesfitterův násobek 2,395. Tím jsme získali poloměr 15 275,3 kilometrů. Nyní pomocí vzorce, kde H je rozdíl světelných křivek, který jsme převzali z grafu měření Cheopsovy světelné křivky, který byl 99,862, což znamená, že rozdíl se sečetl na 0,137. Z toho jsme získali násobek 2,646, který nám dal poloměr 16 752,7 km, tedy asi 10% rozdílu oproti primárnímu výstupu Allesfitteru.

Délka oběžné dráhy

Víme, že TOI-560c má roční periodu 18,87 pozemského dne, takže její rok je mnohem kratší než na Zemi.

Ve sluneční soustavě obíhají obě planety velmi blízko své hvězdy. Dokonce tak blízko, že jejich nejvyšší oběžná dráha je mnohem nižší než oběžná dráha Merkuru v naší sluneční soustavě. Protože známe vzdálenost TOI-560c od její hvězdy, můžeme vypočítat délku její dráhy na 117 106 752,8 km. A z této délky můžeme určit oběžnou rychlost, která činí 720 958,63 m/s.

Oběžné dráhy obou planet jsou si podobné, pokud jde o sklon, který dosahuje pouze nepravidelnosti 0,4 od 90°. Obě planety B a C mají velmi podobný sklon dráhy, takže můžeme říci, že se nejedná o putovní planety, které by se ocitly v této sluneční soustavě a zůstaly v ní díky gravitačnímu působení, ale že vznikly ve velmi podobném čase.

Solární systém

TOI-560c není jedinou planetou ve své sluneční soustavě. Kolem TOI-560 obíhá druhá planeta. Obě byly objeveny pomocí přechodové metody. Navíc TOI-560b a TOI-560c mají z našeho pohledu téměř shodné sklony téměř 90 stupňů, což je další důkaz, že vznikly v podobné době v minulosti. Existují však určité rozdíly. Především ve velikosti a dráze. Podle webu exoplanet.eu má TOI-560b oběžnou dobu 6,39 dne, což je o polovinu méně než TOI-560c. TOI-560b má podle měření velikost 0,249 Jupiteru, zatímco TOI-560c jen 0,23. Rozdíly jsou také v barvách, vytvořili jsme několik hypotéz o chemickém složení TOI-560c, které vedou přímo k barevnému schématu, vše je uvedeno v záložce "Atmosférické hypotézy". Obě planety se také nacházejí mimo obyvatelnou zónu.

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (b.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Stáří planety

Podle webu http://exoplanet.eu/ je naše exoplaneta poměrně mladá, je jí 750 000 000 let. V tomto věku se Země nacházela ještě v prekambriu, což znamená, že se na ní tvořily pouze organické shluky prokaryotických buněk, z nichž se vyvinuly buňky eukaryotické. V prekambriu se však povrchové teploty pohybovaly jen několik stupňů nad 0 °C.

Ale co TOI-560c? Na jeho povrchu byla naměřena teplota kolem 225, což v porovnání se Zemí není příliš obyvatelné prostředí. I když bychom mohli spekulovat o termofilních buňkách s extra silnými buněčnými stěnami, které se těmto teplotám přizpůsobily. Například u sopky Kavači na Zemi dosahuje teplota vody kolem 68 °C a žraloci tam stále žijí. Pro TOI-560C jsme však naše návrhy omezili na malé organismy v závislosti na obsahu atmosféry a tlaku.

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (b.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Atmosférické hypotézy

Rozdíl mezi definicí mini-neptunu a superzemě je zde velmi tenký. Vytvořili jsme tři hypotézy o tom, jaké by mohlo být složení TOI-560c, a to v závislosti na prvcích, ze kterých se skládá, a také v závislosti na tloušťce jednotlivých vrstev.

Hypotéza 1:

V této hypotéze jsme jádro planety považovali za vodík, který působí jako pevný materiál. Jádro by mělo průměr 8 000 kilometrů. Mohla by v něm být voda? Ano, mohla by. Přesně při tlaku 246 MPa, který by umožnil, aby voda byla v kapalném stavu. Pokud bychom uvažovali o horní vrstvě atmosféry podobné Neptunu, byla by to reálná možnost, ale hustota TOI-560c by převyšovala námi naměřenou hustotu. Přemýšleli jsme tedy o novém prvku nebo sloučenině, která by se v atmosféře nacházela. Tato chemická látka by byla o něco hustší než vodík, helium, metan a amoniak, které dohromady tvoří atmosféru Neptunu.

Hypotéza 2:

V této hypotéze jsme předpokládali, že jádro bude vyrobeno z hliníku. Atmosféru by tvořilo helium a vodík. Při tlaku 26 MPa bychom tam mohli vidět vodu, přičemž výhodou oproti hypotéze 1 by byl výrazně nižší tlak, který by vytvořil mnohem vhodnější podmínky pro případnou sondu, která by tam byla vyslána. Předpokládali jsme také, že průměr poloměru bude 5 200 km, aby odpovídal všem spojům a hustotě. V tomto případě by atmosféra mohla být hustší než v hypotéze 1, protože jádro nezabírá tolik místa.

Hypotéza 3:

V druhém případě by se atmosféra skládala z helia a vodíku. Hlavní rozdíl je v jádru, které by obsahovalo lithium s fosforovým povlakem. To by byl skvělý zdroj pro lithiové baterie. Chtěli jsme však snížit tlak, proto jsme uvažovali o tom, že bychom z této hypotézy vynechali vodu. Bez vody by mohl být tlak 13,6 kPa, což je nejnižší hodnota ze všech možností. Po mnoha výpočtech jsme odhadli průměr jádra na 6 202,7 km.

Barva planety

Podle stránek www.exoplanets.nasa.gov a www.exoplanet.eu je TOI-560c znázorněn oranžovou barvou. Protože však TOI-560 je hvězda typu K4V a TOI-560c má řídkou atmosféru, domníváme se, že barva může být způsobena barvou hvězdy a světla, které vyzařuje. Protože TOI-560 má jasně oranžovou barvu, odráží se tato barva i na TOI-560c.

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (b.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Exoplanet-catalog - Výzkum exoplanet: Planety mimo sluneční soustavu. (n.d.). Exoplanet Exploration: Planets Beyond Our Solar System. https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/8466/hd-73583-c/.

Kdy bude další tranzit?

Zjistili jsme, že poslední tranzit se uskutečnil 5. června 2023 a začal v 1:28 a trval do 5:04. Z toho a z dalších údajů jsme vypočítali, že další bude 23. června od 22:35 do 24. června ve 2:11. A 24. června se TOI-560C bude nacházet v hypotetickém středu TOI-560, nebo to tak alespoň vypadá z našeho pohledu.

Srovnání planet

TOI-560c
Země
Neptun
KELT-3b

Hromadné
5,79303425 kg
5,97224 kg
1,02426 kg
2,691364 × 1027 kg

Poloměr
15 275,3 km
6 371 km
24 622 km
93 191 km

Hustota
2,94 g/cm3
5,51 g/cm3
1,64 g/cm3
–

Gravitace
13,77653981 m/s2
9,807 m/s2
11,15 m/s2
3,296 m/s2

Teplota
230 °C
15 °C
-200 °C
–

Oběžná doba
18,87 dne
365 dní
60 265 dní
2,7 dne

Vzdálenost hvězd
0,124 au
1 au
30 au
0,041 au

Srovnání hvězd

TOI-560
Sun

Věk
750 milionů
3 853 milionů

Hromadné

27 %

Poloměr
452 200 km
35 %

Typ hvězdy
K4V
G2V

Teplota
4,240
30 %

Magnituda
9.67
4,84 (tedy větší svítivost)

Srovnání Allesfitter

Největší rozdíl jsme naměřili v poloměru. Nejprve jsme zkusili použít násobitel Allesfitter 2,395. Když jsme však použili vzorec pro tranzitní hloubku, dostali jsme násobitel 2,646, a tedy poloměr 16,752 km místo 15,275 km.

Další rozdíl byl ve vzdálenosti, kde jsme ji vypočítali na 0,1245 au, ale Allesfitter došel pouze k 0,124 au.

Tým Planeterra

Vyrobil: Karel, Šimon a Tom

TOI-560c Závěry

Nakonec se domníváme, že nejpravděpodobnějším scénářem pro TOI-560c je, že atmosféra je poměrně řídká, ale existuje dostatečná gravitace, která ji udržuje na místě. Vysoký tlak se také nezdá být na místě, takže se domníváme, že nepřítomnost vody je správná, stejně jako existence života na povrchu planety.

Zdroje:

O - Hack an exoplanet, [bez data]. Online. Dostupné z: https://hackanexoplanet.esa.int/about/

Katalog exoplanet | Discovery - Výzkum exoplanet: Planets Beyond our Solar System, [no date]. Exoplanet Exploration: Planets Beyond Our Solar System. Online. Dostupné z: https://exoplanets.nasa.gov/discovery/exoplanet-catalog/
MUFTI, Mohammed El, 2021. TOI 560 : Two Transiting Planets Orbiting a K Dwarf Validated with iSHELL, PFS and HIRES RVs [Dvě tranzitující planety obíhající kolem trpaslíka K ověřené pomocí iSHELL, PFS a HIRES RV]. arXiv.org. Online. 26. prosince 2021. Dostupné z: https://arxiv.org/abs/2112.13448
Encyklopedie extrasolárních planet - schémata. (b.d.). http://exoplanet.eu/diagrams/

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (b.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/
TOI-560 c, [bez data]. Online. Dostupné z: http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/TOI-560_c.html

Podpůrné soubory:

Galerie projektu 2023