Γκαλερί έργων 2023
Μαθητές δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης από όλη την Ευρώπη έγιναν ντετέκτιβ εξωπλανητών με την ESA και χρησιμοποίησαν δεδομένα του δορυφόρου Cheops για να αποκαλύψουν τα μυστήρια δύο εξωπλανητών: KELT-3b και TOI-560c.
Εξερευνήστε τα παρακάτω έργα.
C/2022 E3 ZTF
Νικητής Βραβείου Καλύτερου Έργου
Γυμνάσιο Na Vítězné pláni Πράγα - Πράγα Τσεχική Δημοκρατία 18 ετών, 17 ετών 2 / 2
https://hacktoi560c.blogspot.com/
TOI-560c
Περιγραφή έργου TOI-560c:
Είμαστε δύο έφηβοι στο Λύκειο και αποφασίσαμε να συμμετάσχουμε στο Prague Hackathon επειδή και οι δύο ενδιαφερόμαστε για την αστρονομία και το διάστημα και αυτό φαινόταν ένα πολύ ωραίο έργο και μια καλή ευκαιρία.
Το Hackathon έλαβε χώρα στο Πλανητάριο της Πράγας και διήρκεσε 24 ώρες κατά τη διάρκεια των οποίων αναλύαμε δεδομένα για τον εξωπλανήτη TOI-560 c. Κάναμε υποθέσεις, αναζητήσαμε περισσότερα δεδομένα για τον εξωπλανήτη, μετρήσαμε και επαληθεύσαμε τις υποθέσεις μας. Υπήρχαν δώδεκα ομάδες από ολόκληρη την Τσεχική Δημοκρατία και διοργανωτές που ήταν έτοιμοι να μας βοηθήσουν.
TOI-560c Αποτελέσματα και ανάλυση
Ερευνούσαμε βασικά στοιχεία για τον εξωπλανήτη TOI-560 c, όπως η ακτίνα, η πυκνότητα, η απόσταση από το άστρο του κ.λπ.
Αφού μάθαμε περισσότερα για τον εξωπλανήτη, επικεντρωθήκαμε στο ερώτημα αν θα μπορούσε να υπάρχει ή όχι ζωή σε αυτόν. Ερευνούσαμε αν ο TOI-560 c θα μπορούσε να διατηρήσει ατμόσφαιρα, αν είχε. Και εστιάσαμε επίσης στα χαρακτηριστικά του άστρου του, για παράδειγμα, τη φωτεινότητα και τη φασματική ροή του, για να μάθουμε περισσότερα για τις συνθήκες στον πλανήτη.
Ήταν μια συναρπαστική εμπειρία και θα θέλαμε να παρουσιάσουμε το ταξίδι μας και τα συμπεράσματά μας στις παρακάτω παραγράφους.
Οι πρώτοι πέντε υπολογισμοί ήταν υποχρεωτικοί, τους υπόλοιπους τους επινοήσαμε μόνοι μας.
Βάθος διέλευσης
Στην αρχή, λάβαμε δεδομένα με ποσοστιαίες τιμές του φωτός που προέρχεται από το άστρο TOI-560 κατά τη διάρκεια της διέλευσης του εξωπλανήτη, τα οποία καταγράφηκαν από τον δορυφόρο Cheops. Χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους της ακτίνας του πλανήτη και του χρόνου μέσης διέλευσης (γνωρίζαμε ήδη την ακτίνα του άστρου) δημιουργήσαμε μια προσεγγιστική καμπύλη μείωσης της φωτεινότητας στο πρόγραμμα Allesfitter. Αυτό μας έδωσε επίσης την κατά προσέγγιση ακτίνα του εξωπλανήτη. Το πρόγραμμα αξιολόγησε την καμπύλη μας και καθόρισε πόσο ακριβείς ήμασταν και πήραμε μια πραγματική τιμή για σύγκριση. Ως αποτέλεσμα είδαμε ότι η εκτίμησή μας για το βάθος διέλευσης είχε απόκλιση 2,6% από το Allesfitter. Το πρόγραμμα μας έδωσε επίσης κάποιες περισσότερες πληροφορίες, όπως η περίοδος της τροχιάς. (Η καμπύλη φωτός και τα ιστογράμματα επισυνάπτονται στο αρχείο #1 και #2).
Ακτίνα
Χρησιμοποιήσαμε το βάθος διέλευσης για να μετρήσουμε την ακτίνα του πλανήτη. Το αποτέλεσμα αυτού του υπολογισμού μας έδωσε μια ακτίνα 15.679,25137 χιλιομέτρων. (Ολόκληρος ο υπολογισμός επισυνάπτεται στο αρχείο #3).
Περίοδος τροχιάς
Η επόμενη εργασία ήταν να απαντηθεί το ερώτημα πότε θα συμβεί η επόμενη διέλευση του πλανήτη γύρω από το άστρο του. Για τον υπολογισμό αυτό, υποθέσαμε ότι στις 23 Ιανουαρίου στις 13:12, όταν ο Χέοψ παρατήρησε τον TOI-560, ήταν η αρχή της διέλευσης. Δεδομένου ότι η τροχιακή περίοδος διαρκεί 18,8797 ημέρες υπολογίσαμε ότι η επόμενη διέλευση θα συμβεί την Παρασκευή 23 Ιουνίου στις 14:06, δηλαδή ακριβώς 12,0376 ημέρες από την ημερομηνία που κάναμε τους υπολογισμούς (Κυριακή 11 Ιουνίου).
Τροχιακή απόσταση
Για τον υπολογισμό της τροχιακής απόστασης του TOI-560 c από το άστρο του χρησιμοποιήσαμε έναν τύπο που βασίζεται στον τρίτο νόμο του Κέπλερ. Μπορείτε να βρείτε αυτόν τον τύπο και ολόκληρη τη διαδικασία υπολογισμού συνημμένη στο τέταρτο αρχείο. Το αποτέλεσμα του υπολογισμού μας έδωσε μια απόσταση 3.586.728.628 χιλιομέτρων.
Υγρό νερό
Στη συνέχεια, επικεντρωθήκαμε στα ζητήματα της θερμοκρασίας, του υγρού νερού και της κατοικησιμότητας του εξωπλανήτη. Είχαμε πληροφορίες ότι η θερμοκρασία ήταν 225 ± 15°C. Το νερό είναι υγρό μεταξύ 0°C και 100°C, ανάλογα με την ατμοσφαιρική πίεση. Ψάξαμε στο Google για ένα γράφημα της κατάστασης του νερού ως συνάρτηση της πίεσης και της θερμοκρασίας και βρήκαμε ότι η πίεση έπρεπε να είναι τουλάχιστον 1 MPa για να είναι το νερό υγρό. Στη Γη, έχουμε πίεση 1MPa σε βάθος 91,89 μέτρων (συμπεριλαμβανομένης της ατμοσφαιρικής πίεσης) και σε βάθος 102,24 μέτρων (χωρίς ατμοσφαιρική πίεση). Επίσης, η ατμοσφαιρική μας πίεση είναι 101.300 Pa με σταθερά βαρύτητας 9,81. Αν ο TOI-560 c είχε την ίδια ατμόσφαιρα με τη Γη, η ατμοσφαιρική πίεση θα ήταν 163.464 Pa λόγω της 1,62 φορές ισχυρότερης βαρύτητας. Αυτό το υπολογίσαμε χρησιμοποιώντας την ακτίνα και τη μάζα του πλανήτη (η μάζα προσδιορίστηκε στις οδηγίες). Από τον υπολογισμό (αρχείο #5), καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι η ατμόσφαιρα του TOI-560 c θα έπρεπε να είναι 6,12 φορές μεγαλύτερη ή πυκνότερη από την ατμόσφαιρα της Γης για να έχει νερό σε υγρή μορφή.
Όγκος και πυκνότητα
Η τελευταία υποχρεωτική εργασία ήταν ο υπολογισμός της πυκνότητας του TOI-560 c. Χρησιμοποιήσαμε τον τύπο ρ=M/V. Γνωρίζαμε ήδη ότι η μάζα του πλανήτη ήταν περίπου 9,70 * η μάζα της Γης. Δεν γνωρίζαμε όμως τον όγκο του. Χρησιμοποιήσαμε έναν απλό τύπο που υποθέτει ότι ο πλανήτης είναι απόλυτα στρογγυλός - 4/3*π*R3. Έτσι ξέραμε ότι ο όγκος του είναι 1,6146 * 1023 km3. Στη συνέχεια υπολογίσαμε ότι η πυκνότητα ήταν 3,587786, που είναι 1,5 φορά μικρότερη από την πυκνότητα της Γης (5,51). Αλλά είναι περισσότερο από δύο φορές μεγαλύτερη από την πυκνότητα του Ποσειδώνα. Από αυτό, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο TOI-560 c δεν είναι αέριος πλανήτης, αλλά ούτε και από βαρύ υλικό. Η πυκνότητά του είναι παρόμοια με την πυκνότητα του Άρη (3,93), οπότε είναι πιθανό να έχει παρόμοια δομή με τον Άρη. (Οι υπολογισμοί επισυνάπτονται στο αρχείο #3)
Ζωή
Όταν τελειώσαμε τις υποχρεωτικές εργασίες αποφασίσαμε να επιστρέψουμε στο ζήτημα της ζωής. Καθορίσαμε τέσσερις κατηγορίες προϋποθέσεων για την παρουσία της ζωής:
μαγνητόσφαιρα
υγρό νερό
ατμόσφαιρα (με οξυγόνο και όζον)
θερμότητα (θερμοκρασία) και φως
Με τις πληροφορίες που είναι διαθέσιμες σήμερα, οι επιστήμονες δεν μπορούν να είναι σίγουροι αν ο TOI-560 c έχει μαγνητόσφαιρα. Θα πρέπει να έχει μεταλλικό πυρήνα. Δεδομένου ότι έχει παρόμοια δομή με τον Άρη μπορούμε να υποθέσουμε ότι αυτό δεν είναι πιθανό. Αν είχε τον μεταλλικό πυρήνα, ο υπόλοιπος πλανήτης θα έπρεπε να είναι φτιαγμένος από αέριο - να είναι εξαιρετικά ελαφρύς για να ταιριάζει με τη μέση πυκνότητα του πλανήτη. Ωστόσο, δεν μπορούμε να βγάλουμε ασφαλή συμπεράσματα για το θέμα αυτό.
Γράψαμε για το υγρό νερό στην προηγούμενη παράγραφο.
Το πρώτο πράγμα που πρέπει να μάθουμε σχετικά με την ατμόσφαιρα είναι αν ο TOI-560 c έχει αρκετά ισχυρή βαρύτητα ώστε να μπορεί να διατηρήσει ατμόσφαιρα. Υποθέτουμε ότι ναι, αλλά κάναμε κάποιους υπολογισμούς για να είμαστε σίγουροι (επισυνάπτονται στο αρχείο #6). Η ταχύτητα διαφυγής που πρέπει να έχει κάθε αντικείμενο που θέλει να φύγει από την επιφάνεια του TOI-560 c είναι 22,25 km*s-1 και το μόριο Η2 έχει μέση τετραγωνική ταχύτητα 2.491,51 m*s-1 (αρχείο 7). Η ταχύτητα διαφυγής είναι πολύ μεγαλύτερη από την ταχύτητα ρίζας μέσου τετραγώνου, οπότε ο TOI-560 c μπορεί να διατηρήσει ακόμη και τα ταχύτερα μόρια Η2. Ένα άλλο πράγμα είναι το όζον O3 και το οξυγόνο O2. Με βάση τα διαθέσιμα δεδομένα δεν μπορούμε να μάθουμε τίποτα για τη δομή της υποθετικής ατμόσφαιρας. Όμως το τηλεσκόπιο HARPS με τον φασματογράφο του είναι σε θέση να επιβεβαιώσει την ύπαρξη της ατμόσφαιρας και μάλιστα να ανιχνεύσει τη δομή της.
Το φως και η θερμότητα στον TOI-560 c παρέχονται από το αστέρι του TOI-560. Στην πραγματικότητα, ο TOI-560 είναι δύο φορές μεγαλύτερος από τον ήλιο. Η φωτεινότητα του ήλιου είναι 3,827*1026 W και η φωτεινότητα του TOI-560 είναι 6,04429*1029 W. Η φασματική ροή εξαρτάται επίσης από την απόσταση του αντικειμένου από το άστρο. Και επειδή η τροχιακή απόσταση του TOI-560 c από το άστρο του είναι περίπου 0,1249 AU, η φασματική ροή είναι 13.681.47386 W*m-2 που είναι 10 φορές μεγαλύτερη από τη φασματική ροή του ήλιου στη Γη. (Οι υπολογισμοί επισυνάπτονται στο αρχείο #8)
Η κατοικησιμότητα εξαρτάται από την τροχιακή απόσταση από το άστρο. Αν η Γη ήταν πολύ κοντά ή πολύ μακριά από τον Ήλιο δεν θα μπορούσε να υπάρχει υγρό νερό και ζωή. Αλλά δεν ξέρουμε πόσο επηρεάζεται η θερμοκρασία του πλανήτη από την υποθετική ατμόσφαιρα και πόσο από την απόσταση. Ωστόσο, μπορούμε να υπολογίσουμε τις κατοικήσιμες ζώνες και να αμελήσουμε την ατμόσφαιρα.
Συμπεράσματα TOI-560c
Τώρα που γνωρίζουμε περισσότερα για τον πλανήτη και τις συνθήκες του, μπορούμε να τον συγκρίνουμε με τους πλανήτες του ηλιακού συστήματος (γραφήματα στο αρχείο #9). Σε ορισμένες πτυχές, ο πλανήτης μοιάζει με τους βραχώδεις πλανήτες, αλλά σε άλλες με τους αέριους γίγαντες. Είναι πραγματικά απίθανο να υπάρχει ζωή εδώ λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και της μικρής απόστασης από το άστρο (υπάρχει ακτινοβολία από το άστρο). Θα ήταν χρήσιμο να έχουμε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη δομή του εξωπλανήτη και την ατμόσφαιρά του, αν έχει. Το τηλεσκόπιο HARPS θα μπορούσε να παράσχει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τις διάφορες πτυχές της ατμόσφαιρας.
Υποστηρικτικά αρχεία:
