Projektgalleri 2023

Exoti

Evangelická Akademie Praha  Praha -    Tjekkiet 17 år gammel, 15 år gammel   4 / 2

TOI-560c

TOI-560c projektbeskrivelse:

Dette arbejde fokuserer på exoplaneten TOI-560 c (omtalt som en mini-Neptun eller superjord), en af de to exoplaneter, der kredser om K-type dværgstjernen TOI-560, som blev observeret ved hjælp af transitmetoden med CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS) rumteleskopet. Formålet med vores forskning var at beregne de grundlæggende egenskaber ved denne exoplanet, herunder dens radius, masse, omløbsafstand, omløbstid, tæthed og gennemsnitstemperatur. Baseret på disse resultater har arbejdet til formål at afgøre, om denne exoplanet opfylder de nødvendige betingelser for eksistensen af liv svarende til livet på Jorden. Baseret på de tilgængelige oplysninger anses det for usandsynligt, at der findes liv svarende til det på Jorden på TOI-560 c.

For at beregne exoplaneten TOI-560 c's radius bruger man transitmetoden, som går ud på at observere planetens passage foran sin værtsstjerne. Planetens gennemsnitlige radius i forhold til Jordens radius bestemmes. Den gennemsnitlige omløbsafstand og omløbstid blev beregnet ved hjælp af Keplers love. Tætheden af exoplaneten TOI-560 c blev beregnet ud fra volumen- og masseværdierne baseret på den estimerede radius.

Resultaterne viser, at exoplaneten TOI-560 c har en radius, der er ca. 2,37 gange større end Jordens radius, en masse, der er ca. 9,7 gange Jordens, en gennemsnitlig baneafstand på ca. 0,124 AE og en omløbstid på ca. 18,88 dage. Exoplanetens anslåede massefylde er ca. 4,004 g/cm3, og gennemsnitstemperaturen er anslået til 225 °C.

TOI-560c Resultater og analyse

1. Analyse af data
Formålet med analysen er at bestemme exoplaneten TOI-560 c's radius, dens omløbstid, afstand fra dens stjerne og dens densitet. Beregningsmetoderne er beskrevet i de følgende afsnit.
3.1. Radius af TOI-560 c
For at bestemme planetens radius var det nødvendigt at kende dybden af transitten (dvs. det procentvise fald i lysstyrken af stjernen TOI-560, når planeten TOI-560 c befandt sig mellem observatøren og dens stjerne). I vores beregninger blev dette anslået til at være 0,2%.

Derefter fortsættes analysen med formlen:

(1.1)

R står for radius; p står for exoplaneten (TOI-560 c) og s står for dens stjerne (TOI-560).

Følgende er en modifikation af formlen til beregning af radius:

(1.2)

De kendte værdier sættes ind i formlen (3.2.):

Beregninger af radius følger.

 

 

 

 
(1.3)

Figur 2: Transit-lyskurve for TOI-560 c [[1]].

På grund af den upræcise estimering af den procentvise transitdybde blev vores resultat dog lidt højere, end det faktisk var. Med henvisning til de værdier, der blev opnået i Allesfitter-programmet, justerede vi vores resultat til REarth, og denne værdi bruges som grundlag for yderligere beregninger.

3.2. Orbital periode

I beregningen af omløbstiden var det nødvendigt at kende gravitationskonstanten (G) og solens masse (MS).

Vi fandt begge værdier på Hack an Exoplanet-hjemmesiden[[1]]. De værdier, vi arbejdede med, er som følger:

(1.4)

 

 
(1.5)

Ud fra værdierne fra Allesfitter-programmet blev omløbstiden for TOI-560 c (18,8797 dage) bestemt. For yderligere beregninger er denne værdi omregnet til sekunder (1631206,082 s).

Disse værdier blev derefter brugt i formlen

(1.6)

hvor d repræsenterer den orbitale afstand.

Arbejdet med formlen foregik på følgende måde:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Figur 3: Modellen af TOI-560 c's bane omkring stjernen TOI-560 (den blå prik i det gule rektangel repræsenterer TOI-560 c) [[1]].

(1.10)

Ud fra beregningerne er resultatet 0,124 AE, hvilket er en kortere afstand sammenlignet med Jordens afstand fra Solen (1 AE). Sammenligningen af værdier relateret til TOI-560 c med dem, der er relateret til planeter i solsystemet, vil blive behandlet i en senere del af undersøgelsen. På dette tidspunkt er det på sin plads at nævne, at baseret på omløbstiden og afstanden fra værtsstjernen kan det udledes, at TOI-560 c er meget tæt på sin stjerne og ikke befinder sig inden for den beboelige zone (figur 3).
3.3. Temperatur
Gennemsnitstemperaturen på TOI-560 c blev bestemt ud fra de tilgængelige data fra CHEOPS-teleskopet, som findes på Hack an Exoplanet-hjemmesiden [[2]]. Gennemsnitstemperaturen på TOI-560 c er cirka 225 °C. Det er betydeligt højere end temperaturen på næsten alle planeter i solsystemet, måske med undtagelse af Venus, hvor gennemsnitstemperaturen når op på omkring 565 °C. Temperaturen på TOI-560 c er tæt på temperaturen på Merkur, hvor gennemsnitstemperaturen når op på 167 °C. En sådan temperatur er ugæstfri for liv, der ligner det på Jorden, da gennemsnitstemperaturen på Jorden ligger på omkring 17 °C. Derudover overskrider den temperatur, vi har bestemt for TOI-560 c, vands kogepunkt (125 °C). En afgørende faktor er det atmosfæriske tryk. Kogepunktet for et stof afhænger ikke kun af dets temperatur, men også af det tryk, det udsættes for. På Jorden, ved havets overflade, er det atmosfæriske tryk ca. 1 atmosfære, hvilket gør det muligt for vand at koge ved 100°C. Men på TOI-560 c er de atmosfæriske forhold og sammensætningen væsentligt anderledes. Hvis det atmosfæriske tryk er betydeligt højere end på Jorden, vil vand kræve en højere temperatur for at nå sit kogepunkt. Kogepunktet for et stof er den temperatur, hvor dets damptryk er lig med det ydre tryk, der virker på det. Hvis det ydre tryk er højere, som det kan være tilfældet på TOI-560 c, vil vands kogepunkt være tilsvarende højere.

Det udgør en betydelig udfordring for fremkomsten af liv, der ligner det på Jorden.

Ikke desto mindre er denne konklusion ikke helt definitiv eller afgørende. På trods af de ugæstfrie forhold på planetens overflade er der mulighed for, at der findes flydende vand i form af underjordiske oceaner eller dybe reservoirer. Den høje massefylde (se 3.4. Massefylde) på TOI-560 c kunne indikere tilstedeværelsen af en betydelig mængde vand låst inde under dens stenede overflade.

 

Figur 4: Data (temperatur) fra Hack an exoplanet-hjemmesiden [1].

3.4. Tæthed
For at beregne planetens massefylde var det nødvendigt at bestemme dens volumen. Volumenet beregnes ved hjælp af formlen

(1.11)

hvor RP repræsenterer radius af TOI-560 c.

Vi multiplicerede RP = 2,37 med REarth = 6378 km for at konvertere det til basisenheder. Ud fra dette fik vi værdien af Rp.

(1.12)

Vi indsatte denne værdi i den førnævnte formel (3.11),

(1.13)

 

Formlen så derefter ud som følger:

(1.14)

Værdien af volumen blev derefter indsat i formlen til beregning af densiteten,

(1.15)

hvor 𝜌 repræsenterer massefylden, M repræsenterer massen, V repræsenterer volumenet og p repræsenterer exoplaneten (TOI-560 c).

Beregningen foregik i henhold til (3.14) som følger:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Resultater
Tabel 1: Resultater af undersøgelsen

Navn
TOI-560 c

Radius
2.378 REarth

Orbital afstand
0,124 AU

Orbital periode
18,8797 dage

Tæthed
4,004 g/cm3

Gennemsnitlig temperatur
225 grader celsius

 

 

 

 

 

 

 

 

Baseret på oplysningerne om exoplaneten TOI-560 c kan der opstilles hypoteser om dens udseende og potentielle beboelighed.

 

Hypotese 1: Med en gennemsnitstemperatur på 225 grader Celsius er det sandsynligt, at TOI-560 c har et fjendtligt miljø med ekstrem varme. De høje temperaturer tyder på, at der ikke findes en jordlignende atmosfære, der kan opretholde liv, som vi kender det. I stedet kan den have en overvejende tyk og tæt atmosfære, der består af drivhusgasser, hvilket fører til en betydelig drivhuseffekt. Det kan resultere i en løbsk drivhuseffekt, som får overfladetemperaturerne til at stige til ubeboelige niveauer.
Hypotese 2: Tætheden af TOI-560 c, anslået til 4,004 g/cm3, tyder på en høj koncentration af tunge grundstoffer eller klippematerialer. Det er muligt, at exoplaneten har en klippesammensætning, der ligner terrestriske planeter i vores solsystem. Overfladen kan være karakteriseret ved et kuperet terræn, klippeformationer og potentielt aktive geologiske processer. De ekstreme temperaturer gør det dog usandsynligt, at der findes flydende vand på planetens overflade.
Hypotese 3: På trods af de ugæstfrie forhold på planetens overflade er der mulighed for, at der findes flydende vand i form af underjordiske oceaner eller dybe reservoirer. Den høje massefylde på TOI-560 c kunne indikere tilstedeværelsen af en betydelig mængde vand låst inde under dens stenede overflade. Det er tænkeligt, at hvis visse betingelser er opfyldt, såsom geotermisk aktivitet og isolering, kan disse underjordiske oceaner udgøre et potentielt levested for mikrobielle livsformer, der er tilpasset ekstreme miljøer. Disse organismer kan trives i miljøer, der minder om Jordens hydrotermiske dybhavsåbninger eller underjordiske habitater.

[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 Konklusioner

Baseret på de givne oplysninger er følgende konklusioner opnået:

Exoplaneten TOI-560 c har en radius, der er 2,378 gange større end Jordens radius (REarth). Det tyder på, at TOI-560 c er større end Jorden. Det er også grunden til, at TOI-560 c nogle gange omtales som en "superjord". Men TOI-560 c's radius er meget tættere på Neptuns radius (3,88 REarth). Det er også derfor, vi ikke har noget imod betegnelsen "Mini-Neptun" i vores studiegruppe.
TOI-560 c befinder sig i en gennemsnitlig afstand på 124 astronomiske enheder (AE) fra sin værtsstjerne. Det indikerer, at den kredser relativt tæt på sin stjerne i planetsystemet. Til sammenligning har TOI-560 c en kredsløbsafstand, der svarer til Merkurs (0,39 AE) eller Venus' (0,72 AE). Derfor kan vi med sikkerhed sige, at den ikke befinder sig i den beboelige zone, når man tager begge egenskaber ved dens værtsstjerne i betragtning.
Densitet: Med en massefylde på 004 (g/cm3) har TOI-560 c en relativt høj massefylde. Det tyder på, at exoplaneten sandsynligvis består af tætte materialer, muligvis inklusive tunge grundstoffer.
Gennemsnitlig temperatur: Gennemsnitstemperaturen på TOI-560 c er cirka 225 °C. Denne temperatur er betydeligt højere end den gennemsnitlige temperatur på Jorden.

 

Baseret på de leverede data blev værdierne for radius, volumen, densitet, temperatur, baneafstand og periode leveret for exoplaneten TOI-560 c. Det ser ud til at være et fjendtligt miljø med ekstreme temperaturer og en ugæstfri overflade. Det kan dog ikke helt udelukkes, at der findes vandreservoirer eller oceaner under overfladen, som potentielt kan være en niche for ekstremofile livsformer. Yderligere videnskabelige undersøgelser, herunder observationer og målinger, vil være nødvendige for at validere disse hypoteser og bestemme den faktiske beboelighed af TOI-560 c.

Alle projekter