Projekt-Galerie 2023
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.
Erkunden Sie die nachstehenden Projekte.
C/2022 E3 ZTF
Gewinner des Preises für das beste Projekt
Gymnázium Na Vítězné pláni Prag - Prag Tschechische Republik 18 Jahre alt, 17 Jahre alt 2 / 2
TOI-560c
TOI-560c Projektbeschreibung:
Wir sind zwei Jugendliche aus der Oberstufe und haben uns für den Prager Hackathon entschieden, weil wir uns beide für Astronomie und den Weltraum interessieren und dies ein wirklich schönes Projekt und eine gute Gelegenheit zu sein schien.
Der Hackathon fand im Prager Planetarium statt und dauerte 24 Stunden, in denen wir Daten über den Exoplaneten TOI-560 c analysierten. Wir stellten Hypothesen auf, suchten nach weiteren Daten über den Exoplaneten und zählten und verifizierten unsere Hypothesen. Es gab zwölf Teams aus der ganzen Tschechischen Republik und Organisatoren, die bereit waren, uns zu helfen.
TOI-560c Ergebnisse und Analyse
Wir untersuchten grundlegende Fakten über den Exoplaneten TOI-560 c wie Radius, Dichte, Entfernung von seinem Stern usw.
Nachdem wir mehr über den Exoplaneten wussten, konzentrierten wir uns auf die Frage, ob es auf ihm Leben geben könnte oder nicht. Wir untersuchten, ob TOI-560 c eine Atmosphäre aufrechterhalten könnte, wenn er eine hätte. Und wir konzentrierten uns auch auf die Eigenschaften seines Sterns, z. B. seine Leuchtkraft und seinen Spektralfluss, um mehr über die Bedingungen auf dem Planeten herauszufinden.
Es war eine aufregende Erfahrung, und wir möchten unsere Reise und unsere Schlussfolgerungen in den folgenden Abschnitten vorstellen.
Die ersten fünf Berechnungen waren Pflichtaufgaben, die anderen haben wir uns selbst ausgedacht.
Transittiefe
Zu Beginn erhielten wir Daten mit prozentualen Werten des Lichts, das vom Stern TOI-560 während des Transits des Exoplaneten ausging und vom Satelliten Cheops aufgezeichnet wurde. Mit den Parametern des Planetenradius und der mittleren Transitzeit (den Sternradius kannten wir bereits) erstellten wir im Programm Allesfitter eine ungefähre Helligkeitsabnahmekurve. Dadurch erhielten wir auch den ungefähren Radius des Exoplaneten. Das Programm wertete unsere Kurve aus und stellte fest, wie genau wir waren, und wir erhielten einen realen Wert zum Vergleich. Als Ergebnis sahen wir, dass unsere Schätzung der Transittiefe 2,6% Abweichung von Allesfitter hatte. Das Programm lieferte uns auch einige weitere Informationen wie die Umlaufzeit. (Die Lichtkurve und die Histogramme sind in den Dateien #1 und #2 beigefügt).
Radius
Wir haben die Transittiefe benutzt, um den Radius des Planeten zu berechnen. Das Ergebnis dieser Berechnung ergab einen Radius von 15.679,25137 Kilometern. (Die gesamte Berechnung ist in der Datei #3 enthalten).
Umlaufzeit
Die nächste Aufgabe bestand darin, die Frage zu beantworten, wann der nächste Transit des Planeten um seinen Stern stattfinden wird. Für diese Berechnung nahmen wir an, dass der 23. Januar um 13:12 Uhr, als Cheops TOI-560 beobachtete, der Beginn des Transits war. Da die Umlaufzeit 18,8797 Tage beträgt, errechneten wir, dass der nächste Transit am Freitag, den 23. Juni um 14:06 Uhr stattfinden wird, also genau 12,0376 Tage nach dem Datum, an dem wir die Berechnungen anstellten (Sonntag, 11. Juni).
Orbitaler Abstand
Zur Berechnung der Bahnentfernung von TOI-560 c von seinem Stern haben wir eine Formel verwendet, die auf dem dritten Keplerschen Gesetz beruht. Sie finden diese Formel und den gesamten Berechnungsprozess in der vierten Datei. Das Ergebnis der Berechnung ergab eine Entfernung von 3.586.728.628 km.
Flüssiges Wasser
Danach konzentrierten wir uns auf die Fragen der Temperatur, des flüssigen Wassers und der Bewohnbarkeit des Exoplaneten. Wir hatten die Information, dass die Temperatur 225 ± 15°C beträgt. Wasser ist zwischen 0°C und 100°C flüssig, abhängig vom Atmosphärendruck. Wir suchten bei Google nach einem Diagramm über den Zustand von Wasser in Abhängigkeit von Druck und Temperatur und fanden heraus, dass der Druck mindestens 1 MPa betragen muss, damit das Wasser flüssig ist. Auf der Erde haben wir einen Druck von 1 MPa in einer Tiefe von 91,89 Metern (mit Atmosphärendruck) und in 102,24 Metern (ohne Atmosphärendruck). Außerdem beträgt unser atmosphärischer Druck 101.300 Pa mit einer Gravitationskonstante von 9,81. Hätte TOI-560 c die gleiche Atmosphäre wie die Erde, würde der Atmosphärendruck aufgrund der 1,62-fach stärkeren Gravitation 163.464 Pa betragen. Dies haben wir anhand des Radius und der Masse des Planeten berechnet (die Masse war in der Anleitung angegeben). Aus der Berechnung (Datei #5) haben wir geschlossen, dass die Atmosphäre von TOI-560 c 6,12 mal größer oder dichter als die der Erde sein müsste, um Wasser in flüssiger Form zu haben.
Volumen und Dichte
Die letzte Pflichtaufgabe war die Berechnung der Dichte von TOI-560 c. Wir verwendeten die Formel ρ=M/V. Wir wussten bereits, dass die Masse des Planeten etwa 9,70 * der Masse der Erde entspricht. Aber wir kannten das Volumen nicht. Wir verwendeten eine einfache Formel, die davon ausgeht, dass der Planet vollkommen rund ist - 4/3*π*R3. Wir wussten also, dass das Volumen 1,6146 * 1023 km3 beträgt. Dann berechneten wir, dass die Dichte 3,587786 beträgt, was 1,5 mal kleiner ist als die Dichte der Erde (5,51). Aber sie ist mehr als doppelt so groß wie die Dichte des Neptun. Daraus können wir schließen, dass TOI-560 c kein Gasplanet ist, aber auch nicht aus schwerem Material besteht. Seine Dichte ist ähnlich wie die des Mars (3,93), also ist es möglich, dass er eine ähnliche Struktur wie der Mars hat. (Die Berechnungen sind in der Datei #3 beigefügt)
Leben
Nach Beendigung der obligatorischen Aufgaben beschlossen wir, uns erneut mit der Frage des Lebens zu befassen. Wir bestimmten vier Kategorien von Bedingungen für das Vorhandensein von Leben:
Magnetosphäre
Flüssigwasser
Atmosphäre (mit Sauerstoff und Ozon)
Wärme (Temperatur) und Licht
Mit den derzeit verfügbaren Informationen können die Wissenschaftler nicht sicher sein, ob TOI-560 c eine Magnetosphäre hat. Dazu müsste er einen Metallkern haben. Da er eine ähnliche Struktur wie der Mars hat, können wir davon ausgehen, dass dies nicht wahrscheinlich ist. Hätte er einen Metallkern, müsste der Rest des Planeten aus Gas bestehen - und extrem leicht sein, um zur durchschnittlichen Dichte des Planeten zu passen. Allerdings können wir darüber keine sicheren Aussagen machen.
Im vorigen Abschnitt haben wir über flüssiges Wasser geschrieben.
Das erste, was wir in Bezug auf die Atmosphäre wissen müssen, ist, ob TOI-560 c eine ausreichend starke Schwerkraft hat, um eine Atmosphäre aufrechtzuerhalten. Wir vermuten, dass dies der Fall ist, aber wir haben einige Berechnungen angestellt, um sicherzugehen (sie sind in der Datei #6 beigefügt). Die Fluchtgeschwindigkeit, die jedes Objekt haben muss, das die Oberfläche von TOI-560 c verlassen will, beträgt 22,25 km*s-1 und das Molekül H2 hat eine quadratische Geschwindigkeit von 2.491,51 m*s-1 (Datei 7). Die Fluchtgeschwindigkeit ist viel größer als die Effektivgeschwindigkeit, so dass TOI-560 c auch die schnellsten Moleküle H2 halten kann. Eine andere Sache ist Ozon O3 und Sauerstoff O2. Anhand der verfügbaren Daten können wir nichts über die Struktur der hypothetischen Atmosphäre herausfinden. Aber das Teleskop HARPS mit seinem Spektrographen ist in der Lage, die Existenz der Atmosphäre zu bestätigen und sogar ihre Struktur zu erkennen.
Licht und Wärme auf TOI-560 c werden von seinem Stern TOI-560 geliefert. TOI-560 ist sogar zwei Mal so groß wie die Sonne. Die Leuchtkraft der Sonne beträgt 3,827*1026 W und die Leuchtkraft von TOI-560 6,04429*1029 W. Der spektrale Lichtstrom hängt auch von der Entfernung des Objekts vom Stern ab. Da die Entfernung von TOI-560 c von seinem Stern etwa 0,1249 AE beträgt, ist der spektrale Fluss 13.681.47386 W*m-2, was 10-mal größer als der spektrale Fluss der Sonne auf der Erde ist. (Die Berechnungen sind in der Datei #8 beigefügt)
Die Bewohnbarkeit hängt von der Entfernung der Umlaufbahn vom Stern ab. Wenn die Erde zu nah oder zu weit von der Sonne entfernt wäre, könnte es kein flüssiges Wasser und kein Leben geben. Wir wissen jedoch nicht, wie stark die Temperatur des Planeten durch die hypothetische Atmosphäre und wie stark durch die Entfernung beeinflusst wird. Wir können jedoch bewohnbare Zonen berechnen und die Atmosphäre vernachlässigen.
TOI-560c Schlussfolgerungen
Da wir nun mehr über den Planeten und seine Bedingungen wissen, können wir ihn mit den Planeten des Sonnensystems vergleichen (Grafiken in Datei #9). In einigen Aspekten ähnelt der Planet den Gesteinsplaneten, in anderen den Gasriesen. Aufgrund der hohen Temperatur und der geringen Entfernung vom Stern (Strahlung vom Stern) ist es sehr unwahrscheinlich, dass es hier Leben gibt. Es wäre nützlich, mehr Informationen über die Struktur des Exoplaneten und seine Atmosphäre, falls er eine hat, zu erhalten. Das Teleskop HARPS könnte wertvolle Informationen über die verschiedenen Aspekte der Atmosphäre liefern.
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