Γκαλερί έργων 2023

Exoti

Evangelická Akademie Praha  Πράγα -    Τσεχική Δημοκρατία 17 ετών, 15 ετών   4 / 2

TOI-560c

Περιγραφή έργου TOI-560c:

Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στον εξωπλανήτη TOI-560 c (που αναφέρεται ως μίνι Ποσειδώνας ή υπερ-Γη), έναν από τους δύο εξωπλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον νάνο αστέρα TOI-560 τύπου Κ, ο οποίος παρατηρήθηκε με τη μέθοδο της διέλευσης με το διαστημικό τηλεσκόπιο CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Στόχος της έρευνάς μας ήταν να υπολογίσουμε τις θεμελιώδεις ιδιότητες αυτού του εξωπλανήτη, όπως η ακτίνα, η μάζα, η τροχιακή απόσταση, η περίοδος τροχιάς, η πυκνότητα και η μέση θερμοκρασία του. Με βάση αυτά τα ευρήματα, η εργασία αποσκοπεί στο να προσδιοριστεί αν αυτός ο εξωπλανήτης πληροί τις απαραίτητες προϋποθέσεις για την ύπαρξη ζωής παρόμοιας με τη ζωή στη Γη. Με βάση τις διαθέσιμες πληροφορίες, η ύπαρξη ζωής παρόμοιας με αυτή της Γης στον TOI-560 c θεωρείται απίθανη.

Για τον υπολογισμό της ακτίνας του εξωπλανήτη TOI-560 c χρησιμοποιείται η μέθοδος της διέλευσης, η οποία περιλαμβάνει την παρατήρηση της διέλευσης του πλανήτη μπροστά από το άστρο που τον φιλοξενεί. Προσδιορίζεται η μέση ακτίνα του πλανήτη σε σύγκριση με την ακτίνα της Γης. Η μέση τροχιακή απόσταση και η τροχιακή περίοδος υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τους νόμους του Κέπλερ. Η πυκνότητα του εξωπλανήτη TOI-560 c προέκυψε από τις τιμές του όγκου και της μάζας με βάση την εκτιμώμενη ακτίνα.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο εξωπλανήτης TOI-560 c έχει ακτίνα περίπου 2,37 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα της Γης, μάζα περίπου 9,7 φορές μεγαλύτερη από τη Γη, μέση τροχιακή απόσταση περίπου 0,124 AU και τροχιακή περίοδο περίπου 18,88 ημέρες. Η εκτιμώμενη πυκνότητα του εξωπλανήτη είναι περίπου 4,004 g/cm3 και η μέση θερμοκρασία εκτιμάται στους 225°C.

TOI-560c Αποτελέσματα και ανάλυση

1. Ανάλυση δεδομένων
Στόχος της ανάλυσης είναι να προσδιοριστεί η ακτίνα του εξωπλανήτη TOI-560 c, η περίοδος της τροχιάς του, η απόσταση από το άστρο του και η πυκνότητά του. Οι μέθοδοι υπολογισμού παρατίθενται στις επόμενες ενότητες.
3.1. Η ακτίνα του TOI-560 c
Για τον προσδιορισμό της ακτίνας του πλανήτη, ήταν απαραίτητο να γνωρίζουμε το βάθος της διέλευσης (δηλαδή το ποσοστό μείωσης της φωτεινότητας του αστέρα TOI-560 όταν ο πλανήτης TOI-560 c βρισκόταν μεταξύ του παρατηρητή και του αστέρα του). Στους υπολογισμούς μας, αυτό εκτιμήθηκε σε 0,2%.

Στη συνέχεια, η ανάλυση συνεχίζεται με τον τύπο:

(1.1)

Το R συμβολίζει την ακτίνα, το p συμβολίζει τον εξωπλανήτη (TOI-560 c) και το s συμβολίζει το άστρο του (TOI-560).

Ακολουθεί τροποποίηση του τύπου για τον υπολογισμό της ακτίνας:

(1.2)

Οι γνωστές τιμές αντικαθίστανται στον τύπο (3.2.):

Ακολουθούν οι υπολογισμοί της ακτίνας.

 

 

 

 
(1.3)

Σχήμα 2: Καμπύλη φωτός διέλευσης του TOI-560 c [[1]]

Ωστόσο, λόγω της ανακριβούς εκτίμησης του ποσοστού βάθους διέλευσης, το αποτέλεσμά μας Λόγω της ανακριβούς εκτίμησης του ποσοστού βάθους διέλευσης, το αποτέλεσμά μας αποδείχθηκε ελαφρώς υψηλότερο από ό,τι ήταν στην πραγματικότητα. Αναφερόμενοι στις τιμές που προέκυψαν στο πρόγραμμα Allesfitter, προσαρμόσαμε το αποτέλεσμά μας στο REarth, και η τιμή αυτή χρησιμοποιείται ως βάση για περαιτέρω υπολογισμούς.

3.2. Περίοδος τροχιάς

Για τον υπολογισμό της τροχιακής περιόδου ήταν απαραίτητο να γνωρίζουμε τη σταθερά βαρύτητας (G) και τη μάζα του Ήλιου (MS).

Βρήκαμε και τις δύο τιμές στον ιστότοπο Hack an Exoplanet[[1]]. Οι τιμές με τις οποίες δουλέψαμε είναι οι εξής:

(1.4)

 

 
(1.5)

Από τις τιμές που προέκυψαν από το πρόγραμμα Allesfitter, προσδιορίστηκε η περίοδος τροχιάς του TOI-560 c (18,8797 ημέρες). Για περαιτέρω υπολογισμούς, η τιμή αυτή μετατρέπεται σε δευτερόλεπτα (1631206,082 s).

Οι τιμές αυτές χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια στον τύπο

(1.6)

όπου d αντιπροσωπεύει την τροχιακή απόσταση.

Η εργασία με τον τύπο προχώρησε ως εξής:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Σχήμα 3: Το μοντέλο της τροχιάς του TOI-560 c γύρω από το άστρο TOI-560 (η μπλε κουκκίδα στο κίτρινο ορθογώνιο αντιπροσωπεύει τον TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

Από τους υπολογισμούς, προκύπτει 0,124 AU, που είναι μικρότερη απόσταση σε σύγκριση με την απόσταση της Γης από τον Ήλιο (1 AU). Η σύγκριση των τιμών που αφορούν τον TOI-560 c με εκείνες που αφορούν τους πλανήτες του ηλιακού συστήματος θα εξεταστεί σε επόμενο μέρος της μελέτης. Σε αυτό το σημείο, είναι σκόπιμο να αναφερθεί ότι με βάση την περίοδο τροχιάς και την απόσταση από το άστρο-ξενιστή, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι ο TOI-560 c βρίσκεται πολύ κοντά στο άστρο του και δεν βρίσκεται εντός της κατοικήσιμης ζώνης (Σχήμα 3).
3.3. Θερμοκρασία
Η μέση θερμοκρασία του TOI-560 c προσδιορίστηκε από τα διαθέσιμα δεδομένα που ελήφθησαν από το τηλεσκόπιο CHEOPS, όπως παρέχονται στον ιστότοπο Hack an Exoplanet [[2]]. Η μέση θερμοκρασία στον TOI-560 c είναι περίπου 225°C. Αυτό ξεπερνά σημαντικά τις θερμοκρασίες σχεδόν όλων των πλανητών του Ηλιακού Συστήματος, με πιθανή εξαίρεση την Αφροδίτη, όπου η μέση θερμοκρασία φτάνει σε τιμές γύρω στους 565°C. Η θερμοκρασία του TOI-560 c είναι κοντά στη θερμοκρασία του Ερμή, όπου η μέση θερμοκρασία φτάνει μέχρι τους 167°C. Μια τέτοια θερμοκρασία είναι αφιλόξενη για ζωή παρόμοια με αυτή της Γης, καθώς η μέση θερμοκρασία στη Γη κυμαίνεται γύρω στους 17°C. Επιπλέον, η θερμοκρασία που προσδιορίσαμε για τον TOI-560 c υπερβαίνει το σημείο βρασμού του νερού (125°C). Ένας κρίσιμος παράγοντας είναι η ατμοσφαιρική πίεση. Το σημείο βρασμού μιας ουσίας δεν εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία της, αλλά και από την πίεση που ασκείται σε αυτήν. Στη Γη, στο επίπεδο της θάλασσας, η ατμοσφαιρική πίεση είναι περίπου 1 ατμόσφαιρα, γεγονός που επιτρέπει στο νερό να βράσει στους 100°C. Στον TOI-560 c, ωστόσο, οι ατμοσφαιρικές συνθήκες και η σύνθεση είναι σημαντικά διαφορετικές. Αν η ατμοσφαιρική πίεση είναι σημαντικά υψηλότερη από ό,τι στη Γη, το νερό θα χρειαζόταν υψηλότερη θερμοκρασία για να φτάσει στο σημείο βρασμού του. Το σημείο βρασμού μιας ουσίας είναι η θερμοκρασία στην οποία η πίεση των ατμών της ισούται με την εξωτερική πίεση που ασκείται πάνω της. Εάν η εξωτερική πίεση είναι υψηλότερη, όπως μπορεί να συμβαίνει στον TOI-560 c, το σημείο βρασμού του νερού θα είναι αντίστοιχα υψηλότερο.

Αυτό αποτελεί σημαντική πρόκληση για την εμφάνιση ζωής παρόμοιας με εκείνη στη Γη.

Ωστόσο, το συμπέρασμα αυτό δεν είναι απολύτως οριστικό ή πειστικό. Παρά τις αφιλόξενες συνθήκες στην επιφάνεια του πλανήτη, υπάρχει η πιθανότητα ύπαρξης υγρού νερού με τη μορφή υπόγειων ωκεανών ή βαθιών δεξαμενών. Η υψηλή πυκνότητα (βλ. 3.4. Πυκνότητα) του TOI-560 c θα μπορούσε να υποδηλώνει την παρουσία σημαντικής ποσότητας νερού που είναι κλειδωμένη κάτω από τη βραχώδη επιφάνειά του.

 

Σχήμα 4: Δεδομένα (θερμοκρασία) από τον ιστότοπο Hack an exoplanet [1]

3.4. Πυκνότητα
Για να υπολογιστεί η πυκνότητα του πλανήτη, ήταν απαραίτητο να προσδιοριστεί ο όγκος του. Ο όγκος υπολογίζεται με τον τύπο

(1.11)

όπου RP αντιπροσωπεύει την ακτίνα του TOI-560 c.

Πολλαπλασιάσαμε το RP =2,37 με το REarth = 6378 km για να το μετατρέψουμε σε βασικές μονάδες. Από αυτό, λάβαμε την τιμή του Rp.

(1.12)

Αντικαταστήσαμε την τιμή αυτή στον προαναφερθέντα τύπο (3.11),

(1.13)

 

Ο τύπος τότε είχε ως εξής:

(1.14)

Στη συνέχεια, η τιμή του όγκου αντικαταστάθηκε στον τύπο υπολογισμού της πυκνότητας,

(1.15)

όπου το 𝜌 αντιπροσωπεύει την πυκνότητα, το M αντιπροσωπεύει τη μάζα, το V αντιπροσωπεύει τον όγκο και το p αντιπροσωπεύει τον εξωπλανήτη (TOI-560 c).

Ο υπολογισμός έγινε σύμφωνα με την (3.14) ως εξής:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Αποτελέσματα
Πίνακας 1: Αποτελέσματα της μελέτης

Όνομα
TOI-560 c

Ακτίνα
2.378 REarth

Τροχιακή απόσταση
0,124 AU

Περίοδος τροχιάς
18,8797 ημέρες

Πυκνότητα
4,004 g/cm3

Μέση θερμοκρασία
225 βαθμούς Κελσίου

 

 

 

 

 

 

 

 

Με βάση τις παρεχόμενες πληροφορίες για τον εξωπλανήτη TOI-560 c, θα μπορούσαν να προταθούν υποθέσεις σχετικά με την εμφάνισή του και την πιθανή κατοικησιμότητά του.

 

Υπόθεση 1: Δεδομένης της μέσης θερμοκρασίας των 225 βαθμών Κελσίου, είναι πιθανό το TOI-560 c να έχει εχθρικό περιβάλλον με ακραία θερμότητα. Οι υψηλές θερμοκρασίες υποδηλώνουν την απουσία ατμόσφαιρας σαν τη Γη, ικανής να συντηρήσει τη ζωή όπως την ξέρουμε. Αντίθετα, μπορεί να έχει μια κυρίως πυκνή και πυκνή ατμόσφαιρα που αποτελείται από αέρια του θερμοκηπίου, οδηγώντας σε ένα σημαντικό φαινόμενο του θερμοκηπίου. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε ένα ανεξέλεγκτο φαινόμενο του θερμοκηπίου, προκαλώντας την άνοδο των επιφανειακών θερμοκρασιών σε μη κατοικήσιμα επίπεδα.
Υπόθεση 2: Η πυκνότητα του TOI-560 c, η οποία εκτιμάται σε 4,004 g/cm3, υποδηλώνει υψηλή συγκέντρωση βαρέων στοιχείων ή βραχωδών υλικών. Είναι πιθανό ο εξωπλανήτης να έχει βραχώδη σύσταση παρόμοια με αυτή των γήινων πλανητών του ηλιακού μας συστήματος. Η επιφάνειά του μπορεί να χαρακτηρίζεται από τραχύ ανάγλυφο, βραχώδεις σχηματισμούς και ενδεχομένως ενεργές γεωλογικές διεργασίες. Ωστόσο, οι ακραίες θερμοκρασίες καθιστούν απίθανη την ύπαρξη υγρού νερού στην επιφάνεια του πλανήτη.
Υπόθεση 3: Παρά τις αφιλόξενες συνθήκες στην επιφάνεια του πλανήτη, υπάρχει πιθανότητα ύπαρξης υγρού νερού με τη μορφή υπόγειων ωκεανών ή βαθιών δεξαμενών. Η υψηλή πυκνότητα του TOI-560 c θα μπορούσε να υποδηλώνει την παρουσία σημαντικής ποσότητας νερού που είναι κλειδωμένη κάτω από τη βραχώδη επιφάνειά του. Είναι πιθανό ότι, εάν πληρούνται ορισμένες προϋποθέσεις, όπως η γεωθερμική δραστηριότητα και η μόνωση, αυτοί οι υπόγειοι ωκεανοί θα μπορούσαν να αποτελέσουν πιθανό βιότοπο για μικροβιακές μορφές ζωής προσαρμοσμένες σε ακραία περιβάλλοντα. Αυτοί οι οργανισμοί θα μπορούσαν να ευδοκιμήσουν σε περιβάλλοντα παρόμοια με τα υδροθερμικά ανοίγματα της Γης σε βαθιά θαλάσσια στρώματα ή σε υπόγειους βιότοπους.

[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

Συμπεράσματα TOI-560c

Με βάση τις παρεχόμενες πληροφορίες, προκύπτουν τα ακόλουθα συμπεράσματα:

Ο εξωπλανήτης TOI-560 c έχει ακτίνα 2,378 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα της Γης (REarth). Αυτό υποδηλώνει ότι ο TOI-560 c είναι μεγαλύτερος σε μέγεθος σε σύγκριση με τη Γη. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο ο TOI-560 c αναφέρεται μερικές φορές ως "Υπερ-Γη". Ωστόσο, η ακτίνα του TOI-560 c είναι πολύ πιο κοντά στην ακτίνα του Ποσειδώνα (3,88 REarth). Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο δεν έχουμε αντίρρηση στην ονομασία "Μίνι-Ποσειδώνας" στην ομάδα μελέτης μας.
Ο TOI-560 c βρίσκεται σε μέση απόσταση 124 αστρονομικών μονάδων (AU) από το άστρο-ξενιστή του. Αυτό δείχνει ότι περιφέρεται σχετικά κοντά στο άστρο του μέσα στο πλανητικό σύστημα. Ενδεικτικά, ο TOI-560 c έχει παρόμοια τροχιακή απόσταση με τον Ερμή (0,39 AU) ή την Αφροδίτη (0,72 AU). Επομένως, μπορούμε με βεβαιότητα να δηλώσουμε ότι δεν βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη, λαμβάνοντας υπόψη και τις δύο ιδιότητες του άστρου-ξενιστή του.
Πυκνότητα: (g/cm3), το TOI-560 c διαθέτει σχετικά υψηλή πυκνότητα. Αυτό υποδηλώνει ότι ο εξωπλανήτης πιθανόν να αποτελείται από πυκνά υλικά, που πιθανόν να περιλαμβάνουν βαριά στοιχεία.
Μέση θερμοκρασία: Η μέση θερμοκρασία στο TOI-560 c είναι περίπου 225 °C. Η θερμοκρασία αυτή είναι σημαντικά υψηλότερη από τη μέση θερμοκρασία στη Γη.

 

Με βάση τα παρεχόμενα δεδομένα, δόθηκαν οι τιμές της ακτίνας, του όγκου, της πυκνότητας, της θερμοκρασίας, της τροχιακής απόστασης και της περιόδου για τον εξωπλανήτη TOI-560 c. Φαίνεται να είναι ένα εχθρικό περιβάλλον με ακραίες θερμοκρασίες και αφιλόξενη επιφάνεια. Ωστόσο, δεν μπορεί να αποκλειστεί εντελώς η παρουσία υπόγειων δεξαμενών νερού ή ωκεανών, που ενδεχομένως να παρέχουν μια θέση για ακραιόφιλες μορφές ζωής. Περαιτέρω επιστημονική έρευνα, συμπεριλαμβανομένων παρατηρήσεων και μετρήσεων, θα ήταν απαραίτητη για την επικύρωση αυτών των υποθέσεων και τον προσδιορισμό της πραγματικής κατοικησιμότητας του TOI-560 c.

Όλα τα έργα