Galerie projektu 2023

Exoti

Evangelická akademie Praha  Praha -    Česká republika 17 let, 15 let   4 / 2

TOI-560c

Popis projektu TOI-560c:

Tato práce se zaměřuje na exoplanetu TOI-560 c (označovanou jako miniNeptun nebo super-Země), jednu ze dvou exoplanet obíhajících kolem trpasličí hvězdy typu K TOI-560, která byla pozorována tranzitní metodou pomocí kosmického dalekohledu CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Cílem našeho výzkumu bylo vypočítat základní vlastnosti této exoplanety, včetně jejího poloměru, hmotnosti, oběžných vzdáleností, oběžných dob, hustoty a průměrné teploty. Na základě těchto zjištění je práce zaměřena na zjištění, zda tato exoplaneta splňuje podmínky nutné pro existenci života podobného životu na Zemi. Na základě dostupných informací je existence života podobného tomu pozemskému na TOI-560 c považována za nepravděpodobnou.

K výpočtu poloměru exoplanety TOI-560 c se používá tranzitní metoda, která spočívá v pozorování přechodu planety před její hostitelskou hvězdou. Určí se průměrný poloměr planety v porovnání s poloměrem Země. Střední oběžná vzdálenost a oběžná doba byly vypočteny pomocí Keplerových zákonů. Hustota exoplanety TOI-560 c byla získána z hodnot objemu a hmotnosti na základě odhadnutého poloměru.

Výsledky ukazují, že exoplaneta TOI-560 c má poloměr přibližně 2,37krát větší než poloměr Země, hmotnost přibližně 9,7krát větší než Země, střední oběžnou vzdálenost přibližně 0,124 AU a oběžnou dobu přibližně 18,88 dne. Odhadovaná hustota exoplanety je přibližně 4,004 g/cm3 a průměrná teplota se odhaduje na 225 °C.

TOI-560c Výsledky a analýza

1. Analýza dat
Cílem analýzy je určit poloměr exoplanety TOI-560 c, její oběžnou dobu, vzdálenost od hvězdy a hustotu. Metody výpočtů jsou uvedeny v následujících kapitolách.
3.1. Poloměr TOI-560 c
Pro určení poloměru planety bylo nutné znát hloubku tranzitu (tj. procentuální pokles jasnosti hvězdy TOI-560, když se planeta TOI-560 c nacházela mezi pozorovatelem a jeho hvězdou). V našich výpočtech byla tato hodnota odhadnuta na 0,2%.

Následně je analýza provedena podle vzorce:

(1.1)

R znamená poloměr, p znamená exoplanetu (TOI-560 c) a s znamená její hvězdu (TOI-560).

Následuje úprava vzorce pro výpočet poloměru:

(1.2)

Známé hodnoty se dosadí do vzorce (3.2.):

Následují výpočty poloměru.

 

 

 

 
(1.3)

Obrázek 2: Tranzitní světelná křivka TOI-560 c [[1]]

Kvůli nepřesnému odhadu procentuální hloubky tranzitu se však náš výsledek Kvůli nepřesnému odhadu procentuální hloubky tranzitu se náš výsledek ukázal o něco vyšší, než ve skutečnosti byl. S odkazem na hodnoty získané v programu Allesfitter jsme náš výsledek upravili na REarth a tato hodnota slouží jako základ pro další výpočty.

3.2. Oběžná doba

Při výpočtu oběžné doby bylo nutné znát gravitační konstantu (G) a hmotnost Slunce (MS).

Obě hodnoty jsme našli na webové stránce Hack an Exoplanet[[1]]. Hodnoty, se kterými jsme pracovali, jsou následující:

(1.4)

 

 
(1.5)

Z hodnot získaných z programu Allesfitter byla určena oběžná doba TOI-560 c (18,8797 dne). Pro další výpočty se tato hodnota přepočítává na sekundy (1631206,082 s).

Tyto hodnoty pak byly použity ve vzorci

(1.6)

kde d představuje oběžnou vzdálenost.

Práce se vzorcem probíhala následovně:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Obrázek 3: Model dráhy TOI-560 c kolem hvězdy TOI-560 (modrá tečka ve žlutém obdélníku představuje TOI-560 c) [[1]].

(1.10)

Z výpočtů vyplývá výsledek 0,124 AU, což je menší vzdálenost ve srovnání se vzdáleností Země od Slunce (1 AU). Porovnání hodnot vztahujících se k TOI-560 c s hodnotami vztahujícími se k planetám ve Sluneční soustavě se budeme věnovat v pozdější části studie. Na tomto místě je vhodné zmínit, že na základě oběžných dob a vzdálenosti od hostitelské hvězdy lze usuzovat, že TOI-560 c se nachází velmi blízko své hvězdy a nenachází se v obyvatelné zóně (obrázek 3).
3.3. Teplota
Průměrná teplota na TOI-560 c byla určena z dostupných dat získaných teleskopem CHEOPS, která jsou uvedena na webových stránkách Hack an Exoplanet [[2]]. Průměrná teplota na TOI-560 c je přibližně 225 °C. To výrazně převyšuje teploty téměř všech planet Sluneční soustavy, snad s výjimkou Venuše, kde průměrná teplota dosahuje hodnot kolem 565 °C. Teplota na TOI-560 c se blíží teplotě Merkuru, kde průměrná teplota dosahuje až 167 °C. Taková teplota je nehostinná pro život podobný tomu pozemskému, neboť průměrná teplota na Zemi se pohybuje kolem 17 °C. Navíc teplota, kterou jsme pro TOI-560 c určili, přesahuje teplotu varu vody (125 °C). Jedním z rozhodujících faktorů je atmosférický tlak. Bod varu látky závisí nejen na její teplotě, ale také na tlaku, který na ni působí. Na Zemi je na úrovni hladiny moře atmosférický tlak přibližně 1 atmosféra, což umožňuje, aby voda vřela při teplotě 100 °C. Na TOI-560 c jsou však atmosférické podmínky a složení podstatně odlišné. Pokud je atmosférický tlak výrazně vyšší než na Zemi, voda by k dosažení bodu varu potřebovala vyšší teplotu. Bod varu látky je teplota, při které se tlak par rovná vnějšímu tlaku, který na ni působí. Pokud je vnější tlak vyšší, jak by tomu mohlo být na TOI-560 c, byl by bod varu vody odpovídajícím způsobem vyšší.

To představuje významnou výzvu pro vznik života podobného tomu na Zemi.

Tento závěr však není zcela definitivní ani průkazný. Navzdory nehostinným podmínkám na povrchu planety existuje možnost existence kapalné vody v podobě podpovrchových oceánů nebo hlubokých zásobáren. Vysoká hustota (viz 3.4. Hustota) TOI-560 c by mohla naznačovat přítomnost značného množství vody uzamčené pod jejím skalnatým povrchem.

 

Obrázek 4: Údaje (teplota) z webové stránky Hack an exoplanet [1]

3.4. Hustota
Pro výpočet hustoty planety bylo nutné určit její objem. Objem se vypočítá podle vzorce

(1.11)

kde RP představuje poloměr TOI-560 c.

Pro převod na základní jednotky jsme RP =2,37 vynásobili REarth = 6378 km. Z toho jsme získali hodnotu Rp.

(1.12)

Tuto hodnotu dosadíme do výše uvedeného vzorce (3.11),

(1.13)

 

Vzorec pak vypadal následovně:

(1.14)

Hodnota objemu byla poté dosazena do vzorce pro výpočet hustoty,

(1.15)

kde 𝜌 představuje hustotu, M představuje hmotnost, V představuje objem a p představuje exoplanetu (TOI-560 c).

Výpočet probíhal podle (3.14) takto:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Výsledky
Tabulka 1: Výsledky studie

Název
TOI-560 c

Poloměr
2.378 Země

Orbitální vzdálenost
0,124 AU

Oběžná doba
18,8797 dne

Hustota
4,004 g/cm3

Průměrná teplota
225 stupňů Celsia

 

 

 

 

 

 

 

 

Na základě poskytnutých informací o exoplanetě TOI-560 c lze navrhnout hypotézy týkající se jejího vzhledu a potenciální obyvatelnosti.

 

Hypotéza 1: Vzhledem k průměrné teplotě 225 stupňů Celsia je pravděpodobné, že na TOI-560 c panuje nehostinné prostředí s extrémním horkem. Vysoké teploty naznačují absenci atmosféry podobné Zemi, která by byla schopna udržet život, jak ho známe. Místo toho může mít převážně hustou a hustou atmosféru složenou ze skleníkových plynů, což vede k výraznému skleníkovému efektu. To by mohlo vyústit ve skleníkový efekt, který by způsobil nárůst povrchových teplot na neobyvatelnou úroveň.
Hypotéza 2: Hustota TOI-560 c, odhadovaná na 4,004 g/cm3, naznačuje vysokou koncentraci těžkých prvků nebo horninového materiálu. Je možné, že exoplaneta má kamenné složení podobné terestrickým planetám v naší Sluneční soustavě. Povrch se může vyznačovat členitým terénem, skalnatými útvary a potenciálně aktivními geologickými procesy. Vzhledem k extrémním teplotám je však nepravděpodobné, že by se na povrchu planety vyskytovala kapalná voda.
Hypotéza 3: Navzdory nehostinným podmínkám na povrchu planety existuje možnost existence kapalné vody v podobě podpovrchových oceánů nebo hlubokých zásobáren. Vysoká hustota TOI-560 c by mohla naznačovat přítomnost značného množství vody uzamčené pod jejím skalnatým povrchem. Lze předpokládat, že při splnění určitých podmínek, jako je geotermální aktivita a izolace, by tyto podpovrchové oceány mohly poskytnout potenciální prostředí pro mikrobiální formy života přizpůsobené extrémním podmínkám. Těmto organismům by se mohlo dařit v prostředí podobném pozemským hlubokomořským hydrotermálním průduchům nebo podpovrchovým biotopům.

[1] https://hackanexoplanet.esa.int/wp-content/uploads/2023/04/Hack_an_exoplanet_challenges_Czech.pdf

[2] https://hackanexoplanet.esa.int/wp-content/uploads/2023/04/Hack_an_exoplanet_challenges_Czech.pdf

TOI-560c Závěry

Na základě poskytnutých informací byly vyvozeny následující závěry:

Exoplaneta TOI-560 c má poloměr 2,378krát větší než poloměr Země (REarth). To naznačuje, že TOI-560 c je ve srovnání se Zemí větší. To je také důvod, proč je TOI-560 c někdy označována jako "superzemě". Poloměr TOI-560 c je však mnohem bližší poloměru Neptunu (3,88 REarth). To je také důvod, proč se v naší studijní skupině nebráníme označení "Mini-Neptun".
TOI-560 c se nachází v průměrné vzdálenosti 124 astronomických jednotek (AU) od své hostitelské hvězdy. To naznačuje, že v rámci planetárního systému obíhá relativně blízko své hvězdy. Pro srovnání, TOI-560 c má podobnou oběžnou vzdálenost jako Merkur (0,39 AU) nebo Venuše (0,72 AU). Proto můžeme s jistotou prohlásit, že se nenachází v obyvatelné zóně, vezmeme-li v úvahu obě vlastnosti její hostitelské hvězdy.
Hustota: S hustotou 004 (g/cm3) má TOI-560 c poměrně vysokou hustotu. To naznačuje, že exoplaneta je pravděpodobně složena z hustých materiálů, možná včetně těžkých prvků.
Průměrná teplota: Průměrná teplota na TOI-560 c je přibližně 225 °C. Tato teplota je výrazně vyšší než průměrná teplota na Zemi.

 

Na základě poskytnutých údajů byly stanoveny hodnoty poloměru, objemu, hustoty, teploty, oběžných vzdáleností a periody pro exoplanetu TOI-560 c. Zdá se, že se jedná o nehostinné prostředí s extrémními teplotami a nehostinným povrchem. Nelze však zcela vyloučit přítomnost podpovrchových zásobáren vody nebo oceánů, které by mohly být potenciální nikou pro extremofilní formy života. K potvrzení těchto hypotéz a určení skutečné obyvatelnosti TOI-560 c by byl nutný další vědecký výzkum, včetně pozorování a měření.

Všechny projekty