Mini-Herausforderung
ANFÄNGERNIVEAU
12 bis 18 Jahre alt
Führen Sie diese Untersuchung durch
wie man Satellitendaten analysiert, um die Größe und Umlaufzeit von
Periode von Exoplaneten herauszufinden und ein echter Exoplaneten-Detektiv zu werden.
Frage 1
Exoplaneten sind Planeten, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen. Wir haben über 5000 Exoplaneten entdeckt, aber sie sind schwer zu entdecken, da das von ihnen empfangene Signal im Vergleich zu dem viel stärkeren Signal, das von ihren größeren, helleren Wirtssternen kommt, klein ist.
Wie werden Exoplaneten entdeckt?
Wählen Sie eine oder mehrere Optionen.
- Durch direkte Beobachtung der Exoplaneten
- Durch Reisen zu den Exoplaneten
- Durch die Messung von Schwankungen in der Bewegung des Wirtssterns
- Durch die Messung von Schwankungen im Licht, das wir vom Stern empfangen
- Durch direkte Beobachtung der Exoplaneten
- Durch die Messung von Schwankungen in der Bewegung des Wirtssterns
- Durch die Messung von Schwankungen im Licht, das wir vom Stern empfangen
Frage 2
Eine der Methoden zum Nachweis von Exoplaneten ist Transitphotometrie. Der Exoplanet wird entdeckt, indem eine Abschwächung des vom Stern kommenden Lichts gemessen wird, wenn der Exoplanet zwischen dem Stern und dem Teleskop vorbeizieht. Dies wird als Exoplanetentransit bezeichnet.
A Lichtkurve ist die Messung des Lichts des Wirtssterns über eine bestimmte Zeitspanne. Die Größe des Einbruchs in der Lichtkurve eines Sterns während eines Exoplanetentransits wird als Transittiefe.
Wie groß ist die Transittiefe in der Lichtkurvendarstellung in Abbildung 1?
Wählen Sie eine Option.
- 10%
- 1%
- 8%
- 0.8%
Frage 3
Analysieren wir nun eine echte Lichtkurve des Sterns KELT-3. Die Daten wurden im Januar 2023 vom ESA-Satelliten Cheops aufgenommen.
Analysieren Sie die Lichtkurve. Messen Sie die Transittiefe des Exoplaneten KELT-3b und schätzen Sie seinen Radius anhand der folgenden Gleichung.
\text{Radius des Planeten} \ca. \sqrt{\text{radius des Sterns}^2 × \frac{\text{transit depth}}{100\%}}
Der Radius des Sterns KELT-3 beträgt das 1,7-fache des Radius der Sonne.
Wie groß ist der Radius des Exoplaneten KELT-3b?
Wählen Sie eine Option.
- Ungefähr das 0,16-fache des Sonnenradius
- Ungefähr das 1,6-fache des Radius der Sonne
- Ungefähr das 0,43-fache des Sonnenradius
- Ungefähr das 0,04-fache des Sonnenradius
Die richtige Antwort ist 0,16 mal der Radius der Sonne.
Lassen Sie uns die Berechnung im Detail durchgehen:
Abbildung 2a: KELT-3b-Daten von Cheops mit dem am besten angepassten Transitlichtkurvenmodell von allesfitter mit Transittiefenabschätzung.
Der Radius des Sterns KELT-3 ist bekannt und wird angegeben:
\thickspace \thickspace \text{Radius des Sterns} = 1,7 × \text{Radius der Sonne}
Durch die Analyse der Cheops-Daten können wir die Transittiefe mit ungefähr 0.9\% (Abbildung 2a).
Verwenden Sie die Gleichung:
\thickspace \thickspace \text{radius des Planeten} \ca. \sqrt{\text{Radius des Sterns}^2 × \frac{\text{Transittiefe}}{100\%}}
\thickspace \thickspace \text{Radius des Planeten} \ca. \sqrt{{(1,7 × \text{Radius der Sonne} )}^2 × \frac{0,9\%}{100\%}}
\thickspace \thickspace \text{radius des planeten} \ca. 0,16 × {\text{radius der Sonne}}
Sie können diesen Wert auch mit der Erde vergleichen, indem Sie ihn in Erdradieneinheiten umrechnen.
\thickspace \thickspace \text{radius der Sonne} \ca. 109 × \text{Radius der Erde}
\thickspace \thickspace \text{radius des planeten} \ca. 0,16 × 109 \ca. 17,44 × \text{Radius der Erde}
Frage 4
Wie lang ist die Umlaufzeit dieses Exoplaneten?
Wählen Sie eine Option.
- 1 Tag
- 1,5 Tage
- 2 Tage
- 2,5 Tage
Die richtige Option ist 2 Tage.
Frage 5
Sie sind nun bereit, die gemessene Lichtkurve von K2-141 zu interpretieren. Die Daten wurden im September 2023 vom ESA-Satelliten Cheops aufgenommen.
Analysieren Sie die Lichtkurve in Abbildung 4. Beschreiben Sie, welche Informationen Sie aus diesem Datensatz gewinnen können.
Zusätzliche Informationen: Der Radius des Sterns K2-141 entspricht dem 0,7-fachen des Radius der Sonne.
Sehen Sie etwas Ungewöhnliches in der Handlung?
Erklären Sie Ihre Beobachtungen.
Frage 6
Exoplaneten sind sehr vielfältig, sie können unterschiedliche Größen, Massen und Temperaturen haben. Wir können sie in verschiedene Typen einteilen, indem wir ihre Eigenschaften mit denen der Planeten in unserem Sonnensystem vergleichen.
Analysieren Sie die Merkmale aller unten aufgeführten Planeten und Exoplaneten. Verbinde den Typ eines jeden Exoplaneten mit seinem Namen.
-
Heißer Jupiter
-
Mini-Neptun
-
Super-Erde
-
K2-141b
-
KELT-3b
-
TOI-560c
Erde
\footnotesize \text{radius} = 1 × \text{radius der Erde} \Fußnote \text{Masse} = 1 × \text{Masse der Erde} \Fußnotengröße \Text{Temperatur} = 15 \Grad C
Jupiter
\footnotesize \text{radius} = 11.21 × \text{radius der Erde} \Fußnote \text{Masse} = 317,8 × \text{Masse der Erde} \Fußnotengröße \Text{Temperatur} = -110\Grad C
Neptun
\footnotesize \text{radius} = 3.88 × \text{radius der Erde} \Fußnote \text{Masse} = 17,1 × \text{Masse der Erde} \Fußnotengröße \Text{Temperatur} = -200\Grad C
KELT-3b
\footnotesize \text{radius} = 17.5 × \text{radius der Erde} \Fußnotengröße \text{Masse} = 617 × \text{Masse der Erde} \Fußnotengröße \Text{Temperatur} = 1543 \Grad C
TOI-560c
\footnotesize \text{radius} = 2.4 × \text{radius der Erde} \Fußnote \text{Masse} = 10 × \text{Masse der Erde} \Fußnotengröße \Text{Temperatur} = 225 \Grad C
K2-141b
\footnotesize \text{radius} = 1.5 × \text{radius der Erde} \Fußnotengröße \text{Masse} = 5 × \text{Masse der Erde} \Fußnotengröße \Text{Temperatur} = 1830 \Grad C
Die Temperatur bezieht sich auf die durchschnittliche Temperatur an der Oberfläche des Planeten.
Die Größe der Planeten und Exoplaneten ist nicht maßstabsgetreu.
Die richtige Lösung lautet:
- Heißer Jupiter - KELT-3b
- Mini-Neptun - TOI-560c
- Super-Erde - K2-141b
Frage 7
Bis heute ist die Erde der einzige Ort im Universum, von dem wir wissen, dass es Leben gibt. Die ältesten datierten Fossilien auf dem Planeten Erde sind 3,7 Milliarden Jahre alt. Als sich auf unserem Planeten das erste Leben bildete, herrschten ganz andere Bedingungen.
Glauben Sie, dass auf einem der drei oben genannten Exoplaneten Leben existieren könnte?
Erklären Sie warum.
Setzen Sie Ihre Untersuchungen fort, indem Sie die Cheops-Daten von KELT-3b, TOI-560c oder dem Planetensystem K2-141 im Detail analysieren.
