Galerie projektu 2023
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.
C/2022 E3 ZTF
Vítěz ceny za nejlepší projekt
Gymnázium Na Vítězné pláni Praha - Praha Česká republika 18 let, 17 let 2 / 2
TOI-560c
Popis projektu TOI-560c:
Jsme dva teenageři na střední škole a rozhodli jsme se zapojit do pražského hackathonu, protože se oba zajímáme o astronomii a vesmír a tohle vypadalo jako opravdu pěkný projekt a dobrá příležitost.
Hackathon se konal v pražském planetáriu a trval 24 hodin, během kterých jsme analyzovali data o exoplanetě TOI-560 c. Vytvářeli jsme hypotézy, hledali další data o exoplanetě a počítali a ověřovali naše hypotézy. Zúčastnilo se dvanáct týmů z celé České republiky a organizátoři, kteří nám byli připraveni pomoci.
TOI-560c Výsledky a analýza
Zjišťovali jsme základní údaje o exoplanetě TOI-560 c, jako je poloměr, hustota, vzdálenost od hvězdy atd.
Poté, co jsme se o exoplanetě dozvěděli více, jsme se zaměřili na otázku, zda na ní může být život. Zjišťovali jsme, zda by si TOI-560 c mohla udržet atmosféru, pokud by ji měla. A zaměřili jsme se také na vlastnosti její hvězdy, například na její svítivost a spektrální tok, abychom zjistili více o podmínkách na planetě.
Byla to vzrušující zkušenost a v následujících odstavcích bychom rádi představili naši cestu a závěry.
Prvních pět výpočtů byly povinné úlohy, další jsme si vymysleli sami.
Tranzitní hloubka
Na začátku jsme obdrželi data s procentuálními hodnotami světla přicházejícího od hvězdy TOI-560 během tranzitu exoplanety zaznamenaného družicí Cheops. Na základě parametrů poloměru planety a doby v polovině tranzitu (poloměr hvězdy jsme již znali) jsme v programu Allesfitter vytvořili přibližnou křivku rozpadu svítivosti. Tím jsme také získali přibližný poloměr exoplanety. Program vyhodnotil naši křivku a určil, jak přesná byla, a my jsme získali skutečnou hodnotu pro porovnání. Výsledkem bylo zjištění, že náš odhad hloubky tranzitu měl oproti programu Allesfitter odchylku 2,6%. Program nám také poskytl některé další informace, například oběžnou dobu. (Světelná křivka a histogramy jsou přiloženy v souboru #1 a #2).
Poloměr
Pro výpočet poloměru planety jsme použili tranzitní hloubku. Výsledkem tohoto výpočtu byl poloměr 15 679,25137 km. (Celý výpočet je přiložen v souboru #3.)
Oběžná doba
Dalším úkolem bylo odpovědět na otázku, kdy dojde k dalšímu průchodu planety kolem její hvězdy. Pro tento výpočet jsme předpokládali, že 23. ledna ve 13:12, kdy Cheops pozoroval TOI-560, byl začátek tranzitu. Protože oběžná doba trvá 18,8797 dne, vypočítali jsme, že k dalšímu tranzitu dojde v pátek 23. června ve 14:06, což je přesně 12,0376 dne od data, kdy jsme provedli výpočty (neděle 11. června).
Orbitální vzdálenost
Pro výpočet oběžných vzdáleností TOI-560 c od její hvězdy jsme použili vzorec založený na třetím Keplerově zákoně. Tento vzorec a celý postup výpočtu najdete v příloze ve čtvrtém souboru. Výsledek výpočtu nám dal vzdálenost 3 586 728 628 km.
Kapalná voda
Poté jsme se zaměřili na otázky teploty, kapalné vody a obyvatelnosti exoplanety. Měli jsme informace, že teplota je 225 ± 15 °C. Voda je kapalná v rozmezí 0 °C až 100 °C v závislosti na atmosférickém tlaku. Na Googlu jsme vyhledali graf stavu vody v závislosti na tlaku a teplotě a zjistili jsme, že tlak musí být alespoň 1 MPa, aby byla voda kapalná. Na Zemi máme tlak 1 MPa v hloubce 91,89 m (včetně atmosférického tlaku) a v hloubce 102,24 m (bez atmosférického tlaku). Také náš atmosférický tlak je 101 300 Pa při gravitační konstantě 9,81. Pokud by TOI-560 c měla stejnou atmosféru jako Země, atmosférický tlak by byl 163 464 Pa díky její 1,62krát silnější gravitaci. To jsme vypočítali pomocí poloměru a hmotnosti planety (hmotnost byla uvedena v návodu). Z výpočtu (soubor #5) jsme dospěli k závěru, že atmosféra TOI-560 c by musela být 6,12krát větší nebo hustší než atmosféra Země, aby v ní byla voda v kapalném skupenství.
Objem a hustota
Posledním povinným úkolem byl výpočet hustoty TOI-560 c. Použili jsme vzorec ρ=M/V. Již jsme věděli, že hmotnost planety je přibližně 9,70 * hmotnosti Země. Neznali jsme však objem. Použili jsme jednoduchý vzorec, který předpokládá, že planeta je dokonale kulatá - 4/3*π*R3. Věděli jsme tedy, že objem je 1,6146 * 1023 km3. Pak jsme vypočítali, že hustota je 3,587786, což je 1,5krát méně než hustota Země (5,51). Je však více než dvakrát větší než hustota Neptunu. Z toho můžeme usoudit, že TOI-560 c není plynná planeta, ale také není z těžkého materiálu. Její hustota je podobná hustotě Marsu (3,93), takže je možné, že má podobnou strukturu jako Mars. (Výpočty jsou přiloženy v souboru #3).
Život
Když jsme dokončili povinné úkoly, rozhodli jsme se vrátit k otázce života. Stanovili jsme čtyři kategorie podmínek přítomnosti života:
magnetosféra
kapalná voda
atmosféra (s kyslíkem a ozónem)
teplo (teplota) a světlo
Na základě informací, které jsou v současné době k dispozici, si vědci nemohou být jisti, zda TOI-560 c má magnetosféru. Musela by mít kovové jádro. Vzhledem k tomu, že má podobnou strukturu jako Mars, můžeme předpokládat, že to není pravděpodobné. Pokud by měla kovové jádro, zbytek planety by musel být tvořen plynem - být extrémně lehký, aby odpovídal průměrné hustotě planety. V této věci však nemůžeme dělat žádné jisté závěry.
O kapalné vodě jsme psali v předchozím odstavci.
První věc, kterou musíme vědět v souvislosti s atmosférou, je, zda má TOI-560 c dostatečně silnou gravitaci, aby byla schopna udržet atmosféru. Předpokládáme, že ano, ale pro jistotu jsme provedli několik výpočtů (jsou přiloženy v souboru #6). Úniková rychlost, kterou musí mít každý objekt, který chce opustit povrch TOI-560 c, je 22,25 km*s-1 a molekula H2 má střední kvadratickou rychlost 2491,51 m*s-1 (soubor 7). Úniková rychlost je mnohem větší než střední kvadratická rychlost, takže TOI-560 c dokáže udržet i nejrychlejší molekuly H2. Další věcí je ozon O3 a kyslík O2. Na základě dostupných údajů nemůžeme o struktuře hypotetické atmosféry nic zjistit. Ale dalekohled HARPS se svým spektrografem je schopen existenci atmosféry potvrdit a dokonce zjistit její strukturu.
Světlo a teplo na TOI-560 c je dodáváno z jeho hvězdy TOI-560. Ve skutečnosti je TOI-560 dvakrát větší než Slunce. Svítivost Slunce je 3,827*1026 W a svítivost TOI-560 je 6,04429*1029 W. Spektrální tok závisí také na vzdálenosti objektu od hvězdy. A protože oběžná vzdálenost TOI-560 c od své hvězdy je přibližně 0,1249 AU, spektrální tok je 13 681 47386 W*m-2, což je 10krát více než spektrální tok Slunce na Zemi. (Výpočty jsou přiloženy v souboru #8).
Obyvatelnost závisí na vzdálenosti oběžné dráhy od hvězdy. Pokud by Země byla příliš blízko nebo příliš daleko od Slunce, nemohla by na ní vůbec existovat kapalná voda a život. Nevíme však, jak moc je teplota planety ovlivněna hypotetickou atmosférou a jak moc vzdáleností. Můžeme však vypočítat obyvatelné zóny a atmosféru zanedbat.
TOI-560c Závěry
Nyní víme více o planetě a jejích podmínkách a můžeme ji porovnat s planetami sluneční soustavy (grafy v souboru #9). V některých aspektech se planeta podobá kamenným planetám, v jiných plynným obrům. Je opravdu nepravděpodobné, že by zde mohl existovat život, a to kvůli vysoké teplotě a malé vzdálenosti od hvězdy (z hvězdy na nás působí záření). Bylo by užitečné mít více informací o struktuře exoplanety a její atmosféře, pokud nějakou má. Dalekohled HARPS by mohl poskytnout cenné informace týkající se různých aspektů atmosféry.
Podpůrné soubory:
