Projekti galerii 2023

Exoti

Evangelická Akademie Praha  Praha -    Tšehhi Vabariik 17-aastane, 15-aastane   4 / 2

TOI-560c

TOI-560c projekti kirjeldus:

Käesolev töö keskendub eksoplaneedile TOI-560 c (mida nimetatakse mini-Neptuuniks või super-Maaks), ühele kahest K-tüüpi kääbustähe TOI-560 ümber tiirlevast eksoplaneedist, mida vaadeldi transiidimeetodil kosmoseteleskoobiga CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Meie eesmärk oli arvutada selle eksoplaneedi põhiomadused, sealhulgas raadius, mass, orbitaalkaugus, orbitaalperiood, tihedus ja keskmine temperatuur. Nende tulemuste põhjal püütakse kindlaks teha, kas see eksoplaneet vastab Maa elule sarnase elu olemasoluks vajalikele tingimustele. Olemasoleva teabe põhjal peetakse Maa omaga sarnase elu olemasolu TOI-560 c-l ebatõenäoliseks.

Eksoplaneedi TOI-560 c raadiuse arvutamiseks kasutatakse transiidimeetodit, mis hõlmab planeedi möödumise jälgimist tema peremeestaeva ees. Määratakse planeedi keskmine raadius võrreldes Maa raadiusega. Keskmine orbitaalkaugus ja orbitaalperiood arvutati Kepleri seaduste abil. Exoplaneedi TOI-560 c tihedus saadi hinnangulise raadiuse põhjal saadud ruumala ja massi väärtustest.

Tulemused näitavad, et eksoplaneedi TOI-560 c raadius on umbes 2,37 korda suurem kui Maa raadius, mass umbes 9,7 korda suurem kui Maa, keskmine orbitaalkaugus umbes 0,124 AU ja orbitaalperiood umbes 18,88 päeva. Eksoplaneedi hinnanguline tihedus on ligikaudu 4,004 g/cm3 ja keskmine temperatuur on hinnanguliselt 225 °C.

TOI-560c tulemused ja analüüs

1. Andmete analüüs
Analüüsi eesmärk on määrata kindlaks eksoplaneedi TOI-560 c raadius, orbitaalperiood, kaugus tähest ja tihedus. Arvutuste meetodid on esitatud järgmistes punktides.
3.1. TOI-560 c raadius
Planeedi raadiuse määramiseks oli vaja teada transiidi sügavust (s.t tähise TOI-560 heleduse vähenemise protsenti, kui planeet TOI-560 c asus vaatleja ja tema tähe vahel). Meie arvutustes oli see hinnanguliselt 0,2%.

Seejärel jätkatakse analüüsi valemiga:

(1.1)

R tähistab raadiust; p tähistab eksoplaneeti (TOI-560 c) ja s tähistab selle tähte (TOI-560).

Järgnevalt on esitatud raadiuse arvutamise valemi modifikatsioon:

(1.2)

Teadaolevad väärtused asendatakse valemiga (3.2.):

Järgnevad raadiuse arvutused.

 

 

 

 
(1.3)

Joonis 2: TOI-560 c [[1]] transiidi valguskõver.

Transiidisügavuse protsendi ebatäpse hinnangu tõttu osutus meie tulemus Transiidisügavuse protsendi ebatäpse hinnangu tõttu osutus meie tulemus veidi suuremaks kui see tegelikult oli. Allesfitteri programmis saadud väärtustele viidates korrigeerisime meie tulemust REarth'ile ja seda väärtust kasutasime edasiste arvutuste aluseks.

3.2. Orbitaalperiood

Orbitaalperioodi arvutamiseks oli vaja teada gravitatsioonikonstanti (G) ja Päikese massi (MS).

Leidsime mõlemad väärtused veebisaidilt Hack an Exoplanet[[1]]. Väärtused, millega töötasime, on järgmised:

(1.4)

 

 
(1.5)

Allesfitteri programmist saadud väärtuste põhjal määrati TOI-560 c orbitaalperiood (18,8797 päeva). Edasiste arvutuste jaoks teisendatakse see väärtus sekunditeks (1631206,082 s).

Neid väärtusi kasutati seejärel valemis

(1.6)

kus d tähistab orbitaalkaugust.

Töö valemiga kulges järgmiselt:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Joonis 3: TOI-560 c orbiidi mudel ümber tähe TOI-560 (sinine punkt kollases ristkülikus kujutab TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

Arvutuste põhjal on tulemus 0,124 AU, mis on lühem kaugus võrreldes Maa kaugusega Päikesest (1 AU). TOI-560 c väärtuste võrdlemist Päikesesüsteemi planeetidega käsitletakse uuringu hilisemas osas. Siinkohal on asjakohane mainida, et orbitaalperioodi ja peremeestaeva kauguse põhjal võib järeldada, et TOI-560 c on oma tähega väga tihedalt seotud ja ei asu elamiskõlblikus tsoonis (joonis 3).
3.3. Temperatuur
TOI-560 c keskmine temperatuur määrati CHEOPSi teleskoobi poolt saadud andmete põhjal, mis on esitatud Hack an Exoplanet veebilehel [[2]]. TOI-560 c keskmine temperatuur on ligikaudu 225 °C. See ületab märkimisväärselt peaaegu kõigi Päikesesüsteemi planeetide temperatuuri, välja arvatud Veenus, mille keskmine temperatuur on umbes 565 °C. TOI-560 c temperatuur on lähedane Merkuuri temperatuurile, kus keskmine temperatuur ulatub kuni 167°C-ni. Selline temperatuur on Maa omaga sarnase elu jaoks ebasoodne, sest Maa keskmine temperatuur on umbes 17°C. Lisaks sellele ületab meie poolt TOI-560 c jaoks määratud temperatuur vee keemistemperatuuri (125 °C). Üks oluline tegur on õhurõhk. Aine keemistemperatuur ei sõltu mitte ainult temperatuurist, vaid ka sellele avalduvast rõhust. Maal, merepinnal, on õhurõhk ligikaudu 1 atmosfäär, mis võimaldab vee keemistemperatuuri 100 °C. TOI-560 c-l on aga atmosfääritingimused ja koostis oluliselt erinevad. Kui atmosfäärirõhk on oluliselt kõrgem kui Maal, vajab vesi keemistemperatuurini jõudmiseks kõrgemat temperatuuri. Aine keemistemperatuur on temperatuur, mille juures selle aururõhk on võrdne sellele mõjuva välisrõhuga. Kui välisrõhk on kõrgem, nagu võib olla TOI-560 c puhul, on vee keemistemperatuur vastavalt kõrgem.

See kujutab endast märkimisväärset väljakutset elu tekkimiseks, mis sarnaneb Maa omaga.

Siiski ei ole see järeldus täiesti lõplik ega veenev. Hoolimata planeedi pinnal valitsevatest ebasoodsatest tingimustest on võimalik, et vedel vesi on olemas pinnalähedaste ookeanide või sügavate reservuaaride kujul. TOI-560 c suur tihedus (vt 3.4. Tihedus) võib viidata sellele, et selle kivise pinna all on märkimisväärne kogus vett.

 

Joonis 4: Andmed (temperatuur) veebilehelt Hack an exoplanet [1].

3.4. Tihedus
Planeedi tiheduse arvutamiseks oli vaja määrata selle ruumala. Mahu arvutamiseks kasutatakse valemit

(1.11)

kus RP tähistab TOI-560 c raadiust.

Me korrutasime RP =2,37 REarth = 6378 km-ga, et teisendada see baasühikutesse. Sellest saime Rp väärtuse.

(1.12)

Asendasime selle väärtuse eespool nimetatud valemiga (3.11),

(1.13)

 

Valem nägi siis välja järgmiselt:

(1.14)

Seejärel asendati mahu väärtus tiheduse arvutamise valemiga,

(1.15)

kus 𝜌 tähistab tihedust, M tähistab massi, V tähistab mahtu ja p tähistab eksoplaneeti (TOI-560 c).

Arvutused toimusid vastavalt (3.14) järgmiselt:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Tulemused
Tabel 1: Uuringu tulemused

Nimi
TOI-560 c

Radius
2.378 REarth

Orbitaalkaugus
0,124 AU

Orbitaalperiood
18,8797 päeva

Tihedus
4,004 g/cm3

Keskmine temperatuur
225 kraadi Celsiuse järgi

 

 

 

 

 

 

 

 

Tuginedes esitatud teabele eksoplaneedi TOI-560 c kohta, võib esitada hüpoteese selle välimuse ja võimaliku elamiskõlblikkuse kohta.

 

Hüpotees 1: Arvestades keskmist temperatuuri 225 kraadi Celsiuse järgi on tõenäoline, et TOI-560 c on vaenulik keskkond, kus valitseb äärmuslik kuumus. Kõrged temperatuurid viitavad sellele, et puudub Maa-taoline atmosfäär, mis suudaks säilitada elu, nagu me seda tunneme. Selle asemel võib seal olla valdavalt paks ja tihe atmosfäär, mis koosneb kasvuhoonegaasidest, mis põhjustab märkimisväärset kasvuhooneefekti. Selle tulemuseks võib olla kasvuhooneefekt, mis põhjustab pinnatemperatuuri tõusu elamiskõlbmatule tasemele.
Hüpotees 2: TOI-560 c tihedus, mis on hinnanguliselt 4,004 g/cm3 , viitab raskete elementide või kivimaterjalide kõrgele kontsentratsioonile. Võimalik, et eksoplaneedi kivimiline koostis on sarnane meie Päikesesüsteemi maapealsete planeetide omaga. Pinnale võivad olla iseloomulikud karedad maastikud, kivimilised moodustised ja potentsiaalselt aktiivsed geoloogilised protsessid. Äärmuslike temperatuuride tõttu on aga ebatõenäoline, et planeedi pinnal on vedel vesi.
Hüpotees 3: Vaatamata ebasoodsatele tingimustele planeedi pinnal, on võimalik, et pinnalähedaste ookeanide või sügavate reservuaaride kujul on olemas vedel vesi. TOI-560 c suur tihedus võib viidata sellele, et selle kivise pinna all peitub märkimisväärne kogus vett. On mõeldav, et teatud tingimuste, näiteks geotermilise aktiivsuse ja isolatsiooni olemasolu korral võivad need pinnalähedased ookeanid pakkuda potentsiaalset elupaika mikroobsetele eluvormidele, mis on kohanenud ekstreemsete tingimustega. Need organismid võivad areneda Maa süvamere hüdrotermiliste avade või maa-aluste elupaikade sarnastes keskkondades.

[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

TOI-560c Järeldused

Esitatud teabe põhjal tehakse järgmised järeldused:

Eksoplaneedi TOI-560 c raadius on 2,378 korda suurem kui Maa raadius (REarth). See viitab sellele, et TOI-560 c on Maaga võrreldes suurem. See on ka põhjus, miks TOI-560 c on mõnikord nimetatud "Super-Maa". TOI-560 c raadius on siiski palju lähemal Neptuuni raadiusele (3,88 REarth). See on ka põhjus, miks me ei ole meie uurimisrühmas vastu nimetusele "Mini-Neptuun".
TOI-560 c asub keskmiselt 124 astronoomilise ühiku kaugusel oma peremeestaevast. See näitab, et ta tiirleb suhteliselt lähedal oma tähega seotud planeedisüsteemis. Võrdluseks: TOI-560 c on Merkuuri (0,39 AE) või Veenuse (0,72 AE) orbiidi kaugus. Seega võime kindlalt väita, et see ei asu elamiskõlblikus tsoonis, arvestades nii tema peremeestaeva omadusi kui ka selle omadusi.
Tihedus: (g/cm3), TOI-560 c omab suhteliselt suurt tihedust. See viitab sellele, et eksoplaneet koosneb tõenäoliselt tihedatest materjalidest, mis võivad sisaldada raskeid elemente.
Keskmine temperatuur: TOI-560 c keskmine temperatuur on ligikaudu 225 °C. See temperatuur on oluliselt kõrgem kui keskmine temperatuur Maal.

 

Esitatud andmete põhjal esitati eksoplaneedi TOI-560 c raadiuse, ruumala, tiheduse, temperatuuri, orbitaalkauguse ja perioodi väärtused. Tundub, et tegemist on vaenuliku keskkonnaga, mille temperatuur on äärmuslik ja pind ebasõbralik. Siiski ei saa täielikult välistada pinnalähedaste veevarude või ookeanide olemasolu, mis võib pakkuda nišši ekstreemofiilsetele eluvormidele. Nende hüpoteeside kinnitamiseks ja TOI-560 c tegeliku elamiskõlblikkuse kindlakstegemiseks on vaja täiendavaid teaduslikke uuringuid, sealhulgas vaatlusi ja mõõtmisi.

Kõik projektid