Projekt-Galerie 2023

Cheops_Illustration_Säulen

Schüler der Sekundarstufe aus ganz Europa wurden zusammen mit der ESA zu Exoplaneten-Detektiven und nutzten die Daten des Cheops-Satelliten, um die Geheimnisse von zwei Exoplaneten zu lüften: KELT-3b und TOI-560c.

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Planeterra

Gewinner des Preises für das beste Projekt
Gymnazium Brno-Bystrc Brünn - Südmähren Tschechische Republik 15 Jahre alt, 19 Jahre alt 3 / 0

Externe URL zum Projekt des Teams (z. B. Website oder PDF):
https://photohorak.cz/TOI-560c.html

Youtube Video Link:
https://www.youtube.com/watch?v=0SZ2f3I-MtM

TOI-560c

TOI-560c Projektbeschreibung:

In einem weit, weit entfernten Sonnensystem... 103 Lichtjahre, um genau zu sein, finden wir unseren gewünschten Exoplaneten. Wie der Name schon sagt, ist unser TOI-560c nicht der einzige Exoplanet in seinem Sonnensystem. Obwohl er klein ist, enthält das System einen zweiten Planeten, der etwa doppelt so groß ist und TOI-560b heißt. Beide umkreisen einen Stern vom Typ K, TOI-560, außerhalb der bewohnbaren Zone des Sonnensystems.

TOI-560c Ergebnisse und Analyse

Größe des Planeten

Wir haben zunächst den Durchmesser des Planeten auf 30550,62 Meter bestimmt, mit einer Transittiefe von 0,01372%. Zur Berechnung des Radius verwendeten wir zunächst den Allesfitter-Multiplikator von 2,395. Daraus ergibt sich ein Radius von 15.275,3 Kilometern. Mit einer Formel, in der H die Lichtkurvendifferenz ist, die wir aus der Messkurve der Cheops-Lichtkurve entnommen haben, die 99,862 beträgt, ergibt sich eine Differenz von 0,137. Daraus ergibt sich ein Multiplikator von 2,646, der uns einen Radius von 16.752,7 km oder etwa eine Differenz von 10% gegenüber der primären Allesfitter-Ausgabe liefert.

Länge der Umlaufbahn

Wir wissen, dass TOI-560c eine Jahresperiode von 18,87 Erdtagen hat, was sein Jahr viel kürzer macht als das auf der Erde.

Im Sonnensystem kreisen beide Planeten sehr nahe um ihren Stern. So nahe, dass die höchste Umlaufbahn viel niedriger ist als die Umlaufbahn des Merkurs in unserem Sonnensystem. Da wir die Entfernung von TOI-560c von seinem Stern kennen, können wir die Länge seiner Umlaufbahn auf 117.106.752,8 km berechnen. Und aus der Länge können wir die Bahngeschwindigkeit von 720.958,63 m/s bestimmen.

Die Bahnen der beiden Planeten sind ähnlich geneigt und weisen nur eine Unregelmäßigkeit von 0,4 von 90° auf. Die beiden Planeten B und C haben eine sehr ähnliche Bahnneigung, so dass wir sagen können, dass es sich nicht um reisende Planeten handelt, die ihren Weg in dieses Sonnensystem gefunden haben und dort aufgrund der Anziehungskraft bleiben, sondern dass sie zu einem sehr ähnlichen Zeitpunkt entstanden sind.

Solaranlage

TOI-560c ist nicht der einzige Planet in seinem Sonnensystem. Ein zweiter Planet umkreist TOI-560. Beide wurden mit Hilfe der Übergangsmethode entdeckt. Außerdem haben TOI-560b und TOI-560c eine fast identische Neigung von fast 90 Grad aus unserer Sicht, ein weiterer Beweis dafür, dass sie zu einem ähnlichen Zeitpunkt in der Vergangenheit entstanden sind. Aber es gibt auch einige Unterschiede. Vor allem in Größe und Umlaufbahn. TOI-560b hat laut exoplanet.eu eine Umlaufzeit von 6,39 Tagen, halb so lang wie die von TOI-560c. TOI-560b ist 0,249 Mal so groß wie der Jupiter, während TOI-560c nur 0,23 Mal so groß ist. Es gibt auch einige Unterschiede in den Farben, wir haben einige Hypothesen über die chemische Zusammensetzung von TOI-560c aufgestellt, die direkt zu dem Farbschema führen, alles ist im Reiter "Atmosphärische Hypothesen" erwähnt. Beide Planeten befinden sich auch weit außerhalb der bewohnbaren Zone.

Die Enzyklopädie der extrasolaren Planeten - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Alter des Planeten

Nach Angaben von http://exoplanet.eu/ ist unser Exoplanet mit 750.000.000 Jahren recht jung. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Erde noch im Präkambrium, was bedeutet, dass sich nur organische Cluster zu prokaryotischen Zellen bildeten, aus denen sich dann eukaryotische Zellen entwickelten. Allerdings lagen die Oberflächentemperaturen im Präkambrium nur wenige Grad über 0 °C.

Aber was ist mit TOI-560c? Die Oberflächentemperatur wurde mit etwa 225 °C gemessen, was im Vergleich zur Erde keine sehr bewohnbare Umgebung darstellt. Wir könnten allerdings über thermophile Zellen mit besonders dicken Zellwänden spekulieren, die sich an diese Temperaturen angepasst haben. In der Nähe des Kavachi-Vulkans auf der Erde zum Beispiel erreichen die Wassertemperaturen etwa 68 °C, und dort leben noch immer Haie. Aber für TOI-560C haben wir unsere Vorschläge auf kleine Organismen beschränkt, abhängig vom atmosphärischen Gehalt und Druck.

Die Enzyklopädie der extrasolaren Planeten - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Atmosphärische Hypothesen

Der Unterschied zwischen der Definition eines Mini-Neptuns und einer Supererde ist hier sehr gering. Wir haben drei Hypothesen über die mögliche Zusammensetzung von TOI-560c aufgestellt, die von den Elementen abhängen, aus denen er besteht, und auch von der Dicke der einzelnen Schichten.

Hypothese 1:

Bei dieser Hypothese stellten wir uns den Planetenkern als Wasserstoff vor, der als festes Material wirkt. Der Kern hätte einen Durchmesser von 8.000 Kilometern. Könnte es dort Wasser geben? Ja, das könnte es. Und zwar genau bei dem Druck von 246 MPa, der es ermöglicht, dass sich Wasser in einem flüssigen Zustand befindet. Wenn wir uns die obere Atmosphäre als neptunähnlich vorstellen, wäre dies eine realistische Option, aber die Dichte von TOI-560c würde unsere gemessene Dichte übersteigen. Also dachten wir an ein neues Element oder eine neue Verbindung, die sich in der Atmosphäre befinden würde. Diese Chemikalie wäre etwas dichter als der Wasserstoff, das Helium, das Methan und das Ammoniak, die zusammen die Atmosphäre des Neptun bilden.

Hypothese 2:

In dieser Hypothese dachten wir, dass der Kern aus Aluminium bestehen würde. Die Atmosphäre würde aus Helium und Wasserstoff bestehen. Bei einem Druck von 26 MPa könnten wir dort Wasser sehen, mit dem Vorteil gegenüber Hypothese 1, dass der Druck deutlich niedriger wäre, was viel geeignetere Bedingungen für eine Sonde schaffen würde, die dorthin geschickt werden könnte. Außerdem haben wir einen Radius von 5.200 km angenommen, um alle Verbindungen und die Dichte zu berücksichtigen. In diesem Fall könnte die Atmosphäre dicker sein als in Hypothese 1, da der Kern nicht so viel Raum einnimmt.

Hypothese 3:

Im letzteren Fall würde die Atmosphäre aus Helium und Wasserstoff bestehen. Der Hauptunterschied liegt im Kern, der Lithium mit einer Phosphorbeschichtung enthalten würde. Dies wäre eine hervorragende Quelle für Lithiumbatterien. Da wir jedoch den Druck senken wollten, dachten wir daran, das Wasser aus dieser Hypothese herauszunehmen. Ohne Wasser könnte der Druck 13,6 kPa betragen, die niedrigste aller Möglichkeiten. Nach vielen Berechnungen schätzten wir den Durchmesser des Kerns auf 6.202,7 km.

Planet Farbe

Laut www.exoplanets.nasa.gov und www.exoplanet.eu wird TOI-560c als orange dargestellt. Da TOI-560 ein Stern des Typs K4V ist und TOI-560c eine dünne Atmosphäre hat, denken wir, dass die Farbe durch die Farbe des Sterns und das von ihm ausgestrahlte Licht verursacht werden kann. Da TOI-560 eine leuchtend orange Farbe hat, würde diese Farbe auf TOI-560c reflektiert werden.

Die Enzyklopädie der extrasolaren Planeten - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Exoplaneten-Katalog - Erforschung von Exoplaneten: Planeten jenseits unseres Sonnensystems. (n.d.). Exoplaneten-Erkundung: Planeten jenseits unseres Sonnensystems. https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/8466/hd-73583-c/

Wann wird die nächste Durchreise stattfinden?

Wir fanden heraus, dass der letzte Transit am 5. Juni 2023 stattfand und um 1:28 Uhr begann und bis 5:04 Uhr dauerte. Daraus und aus anderen Daten errechneten wir, dass der nächste am 23. Juni von 22:35 Uhr bis zum 24. Juni um 2:11 Uhr stattfinden wird. Und am 24. Juni wird sich TOI-560C im hypothetischen Zentrum von TOI-560 befinden, zumindest sieht es von unserem Standpunkt aus so aus.

Vergleich der Planeten

TOI-560c
Erde
Neptun
KELT-3b

Masse
5.79303425 kg
5,97224 kg
1,02426 kg
2,691364 × 1027 kg

Radius
15.275,3 km
6.371 km
24.622 km
93.191 km

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

Schwerkraft
13.77653981 m/s2
9,807 m/s2
11,15 m/s2
3,296 m/s2

Temperatur
230 °C
15 °C
-200 °C
–

Umlaufzeit
18,87 Tage
365 Tage
60.265 Tage
2,7 Tage

Entfernung der Sterne
0,124 au
1 Au
30 au
0,041 au

Sternvergleich

TOI-560
Sonne

Alter
750 Millionen
3,853 Millionen

Masse

27 %

Radius
452.200 km
35 %

Sterntyp
K4V
G2V

Temperatur
4,240
30 %

Größenordnung
9.67
4,84 (daher mehr Leuchtkraft)

Allesfitter-Vergleiche

Der größte Unterschied, den wir gemessen haben, liegt im Radius. Wir versuchten zunächst, den Allesfitter-Multiplikator von 2,395 zu verwenden. Aber als wir die Formel für die Transittiefe verwendeten, erhielten wir einen Multiplikator von 2,646 und damit einen Radius von 16,752 km statt 15,275 km.

Der nächste Unterschied lag in der Entfernung, die wir mit 0,1245 Au errechneten, während Allesfitter nur 0,124 Au angab.

Planeterra-Team

Hergestellt von: Karel, Simon und Tom

TOI-560c Schlussfolgerungen

Schließlich halten wir es für das wahrscheinlichste Szenario für TOI-560c, dass die Atmosphäre recht dünn ist, aber genug Schwerkraft vorhanden ist, um sie zu halten. Hoher Druck scheint ebenfalls fehl am Platz zu sein, so dass wir das Fehlen von Wasser für richtig halten, ebenso wie die Existenz von Leben auf der Oberfläche des Planeten.

Quellen:

Über - Hack einen Exoplaneten, [kein Datum]. Online. Verfügbar unter: https://hackanexoplanet.esa.int/about/

Exoplaneten-Katalog | Entdeckung - Exoplaneten-Erkundung: Planeten jenseits unseres Sonnensystems, [kein Datum]. Exoplaneten-Erkundung: Planeten jenseits unseres Sonnensystems. Online. Verfügbar unter: https://exoplanets.nasa.gov/discovery/exoplanet-catalog/
MUFTI, Mohammed El, 2021. TOI 560 : Zwei Transitplaneten, die einen K-Zwerg umkreisen, validiert mit iSHELL, PFS und HIRES RVs. arXiv.org. Online. 26. Dezember 2021. Verfügbar unter: https://arxiv.org/abs/2112.13448
Die Enzyklopädie der extrasolaren Planeten - Diagramme. (n.d.). http://exoplanet.eu/diagrams/

Die Enzyklopädie der extrasolaren Planeten - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/
TOI-560 c, [kein Datum]. Online. Verfügbar unter: http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/TOI-560_c.html

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