Projektigalleria 2023

Kheopsin_kuvitus_pilarit

Toisen asteen oppilaat eri puolilta Eurooppaa ryhtyivät ESAn kanssa eksoplaneettojen etsiviksi ja käyttivät Cheops-satelliitin tietoja kahden eksoplaneetan salaisuuksien selvittämiseen: KELT-3b ja TOI-560c.

Tutustu alla oleviin hankkeisiin.

Planeterra

Parhaan projektin palkinnon voittaja
Gymnazium Brno-Bystrc Brno - Etelä-Moria Tšekin tasavalta 15-vuotias, 19-vuotias 3 / 0

Ulkoinen URL-osoite ryhmän hankkeeseen (esim. verkkosivusto tai PDF-tiedosto):
https://photohorak.cz/TOI-560c.html

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

TOI-560c

TOI-560c-hankkeen kuvaus:

Aurinkokunnassa kaukana, kaukana... tarkalleen ottaen 103 valovuoden päässä, löydämme haluamamme eksoplaneetan. Kuten nimestä voi päätellä, TOI-560c ei ole aurinkokuntansa ainoa eksoplaneetta. Vaikka se on pieni, järjestelmässä on toinen, noin kaksi kertaa suurempi planeetta, TOI-560b. Molemmat kiertävät K-tyypin tähteä, TOI-560:tä, aurinkokunnan elinkelpoisen vyöhykkeen ulkopuolella.

TOI-560c Tulokset ja analyysi

Planeetan koko

Määritimme ensin planeetan halkaisijaksi 30550,62 metriä ja läpikulkusyvyydeksi 0,01372%. Säteen laskemiseksi käytimme ensin Allesfitterin kerrointa 2,395. Näin saimme säteeksi 15 275,3 kilometriä. Nyt kaavalla, jossa H on valokäyrän erotus, otimme Cheopsin valokäyrän mittauskäyrästä, joka oli 99,862, eli erotus summasi 0,137. Tästä saimme kertoimeksi 2,646, joka antoi meille säteen 16 752,7 kilometriä eli noin 10%:n eron Allesfitterin ensisijaiseen tulokseen nähden.

Kiertoradan pituus

Tiedämme, että TOI-560c:n vuoden pituus on 18,87 Maan päivää, mikä tekee sen vuodesta paljon lyhyemmän kuin täällä Maassa.

Aurinkokunnassa molemmat planeetat kiertävät hyvin lähellä tähteään. Itse asiassa niin lähellä, että korkein kiertorata on paljon alempana kuin Merkuriuksen kiertorata aurinkokunnassamme. Koska tiedämme TOI-560c:n etäisyyden tähdestään, voimme laskea sen radan pituudeksi 117 106 752,8 km. Pituuden perusteella voimme määrittää radan nopeudeksi 720 958,63 m/s.

Molempien planeettojen kiertoradat ovat samankaltaisia kaltevuuden suhteen, ja niiden kallistus on vain 0,4 poikkeama 90°:sta. Molemmilla planeetoilla B ja C on hyvin samankaltainen kiertoradan kaltevuus, joten voimme sanoa, että ne eivät ole kiertäviä planeettoja, jotka löytäisivät tiensä tähän aurinkokuntaan ja jäisivät sinne painovoiman vetovoiman vuoksi, vaan ne ovat pikemminkin syntyneet hyvin samankaltaisena ajankohtana.

Aurinkojärjestelmä

TOI-560c ei ole aurinkokuntansa ainoa planeetta. TOI-560c:tä kiertää toinen planeetta. Molemmat löydettiin siirtymämenetelmällä. Lisäksi TOI-560b:llä ja TOI-560c:llä on lähes identtiset kallistukset lähes 90 asteen kulmassa meidän näkökulmastamme, mikä on lisätodiste siitä, että ne ovat muodostuneet samoihin aikoihin menneisyydessä. Mutta on olemassa joitakin eroja. Lähinnä koossa ja kiertoradassa. TOI-560b:n kiertoaika on exoplanet.eu-sivuston mukaan 6,39 päivää, puolet TOI-560c:n kiertoaikajaksosta. TOI-560b:n on mitattu olevan 0,249 Jupiterin kokoinen, kun TOI-560c:n koko on vain 0,23. Myös väreissä on joitakin eroja, olemme tehneet joitakin hypoteeseja TOI-560c:n kemiallisesta koostumuksesta, jotka johtavat suoraan värimaailmaan, kaikki on mainittu välilehdellä "Atmosfäärihypoteesit". Molemmat planeetat ovat myös selvästi asumiskelpoisen vyöhykkeen ulkopuolella.

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/.

Planeetan ikä

http://exoplanet.eu/ mukaan eksoplaneettamme on melko nuori, 750 000 000 vuotta vanha. Tässä iässä maapallo oli vielä prekambrikaudella, mikä tarkoittaa, että vain orgaaniset klusterit muodostivat prokaryoottisoluja, joista eukaryoottisolut kehittyivät. Prekambrikaudella pintalämpötilat olivat kuitenkin vain muutamia asteita yli 0 °C.

Mutta entä TOI-560c? Sen pintalämpötilaksi mitattiin noin 225, mikä ei ole kovin asumiskelpoinen ympäristö Maahan verrattuna. Voisimme tosin spekuloida lämpöystävällisillä soluilla, joilla on erityisen paksut soluseinät ja jotka ovat sopeutuneet näihin lämpötiloihin. Esimerkiksi Maan Kavachi-tulivuoren lähellä veden lämpötila on noin 68 °C, ja siellä elää edelleen haita. Mutta TOI-560C:n osalta olemme rajoittaneet ehdotuksemme pieniin organismeihin, jotka riippuvat ilmakehän sisällöstä ja paineesta.

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/.

Ilmakehää koskevat hypoteesit

Ero mini-neptuunin ja supermaan määritelmän välillä on tässä tapauksessa hyvin ohut. Olemme tehneet kolme hypoteesia TOI-560c:n koostumuksesta riippuen siitä, mistä alkuaineista se koostuu ja myös kunkin kerroksen paksuudesta.

Hypoteesi 1:

Tässä hypoteesissa ajattelimme planeetan ytimen olevan vetyä, joka toimii kiinteänä aineena. Ytimen halkaisija olisi 8 000 kilometriä. Voisiko siellä olla vettä? Kyllä, voisi olla. Juuri sellaisessa 246 MPa:n paineessa, jossa vesi voisi olla nestemäisessä tilassa. Jos ajattelisimme yläilmakehän olevan Neptunuksen kaltainen, tämä olisi varteenotettava vaihtoehto, mutta TOI-560c:n tiheys ylittäisi mittaamamme tiheyden. Niinpä ajattelimme uutta alkuainetta tai yhdistettä, joka olisi ilmakehässä. Tämä kemikaali olisi hieman tiheämpi kuin vety, helium, metaani ja ammoniakki, jotka yhdessä muodostavat Neptunuksen ilmakehän.

Hypoteesi 2:

Tässä hypoteesissa ajattelimme, että ydin olisi alumiinia. Ilmakehä koostuisi heliumista ja vedystä. Hypoteesin 1 etuna hypoteesiin 1 verrattuna on se, että paine olisi huomattavasti alhaisempi, mikä loisi paljon sopivammat olosuhteet sinne mahdollisesti lähetettävälle luotaimelle. Oletimme myös säteen halkaisijan olevan 5 200 km, jotta se sopisi kaikkiin yhteyksiin ja tiheyteen. Tällöin ilmakehä voisi olla paksumpi kuin hypoteesissa 1, koska ydin ei vie niin paljon tilaa.

Hypoteesi 3:

Jälkimmäisessä tapauksessa ilmakehä koostuisi heliumista ja vedystä. Suurin ero on ytimessä, joka sisältäisi litiumia, jossa on fosforipinnoite. Tämä olisi loistava lähde litiumparistoille. Halusimme kuitenkin alentaa painetta, joten ajattelimme jättää veden pois tästä hypoteesista. Ilman vettä paine voisi olla 13,6 kPa, joka on alhaisin kaikista vaihtoehdoista. Monien laskelmien jälkeen arvioimme ytimen halkaisijaksi 6 202,7 km.

Planeetan väri

www.exoplanets.nasa.gov ja www.exoplanet.eu mukaan TOI-560c on kuvattu oranssina. Koska TOI-560 on kuitenkin K4V-tyyppinen tähti ja TOI-560c:llä on ohut ilmakehä, uskomme, että väri voi johtua tähden väristä ja sen lähettämästä valosta. Koska TOI-560:n väri on kirkkaan oranssi, tämä väri heijastuisi TOI-560c:stä.

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/.

Exoplaneetta-katalogi - Exoplaneettojen tutkimus: Planets Beyond Our Solar System. (n.d.). Exoplanet Exploration: Planets Beyond Our Solar System. https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/8466/hd-73583-c/

Milloin on seuraava kauttakulku?

Saimme selville, että viimeinen transit oli 5. kesäkuuta 2023, ja se alkoi kello 1:28 ja kesti kello 5:04 asti. Tämän ja muiden tietojen perusteella laskimme, että seuraava on 23. kesäkuuta kello 22:35 ja päättyy 24. kesäkuuta kello 2:11. Ja 24. kesäkuuta TOI-560C on TOI-560:n hypoteettisessa keskipisteessä, tai ainakin siltä se näyttää meidän näkökulmastamme.

Planeetan vertailu

TOI-560c
Maa
Neptunus
KELT-3b

Massa
5,79303425 kg
5,97224 kg
1,02426 kg
2,691364 × 1027 kg

Säde
15 275,3 km
6 371 km
24,622 km
93,191 km

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

Painovoima
13,77653981 m/s2
9,807 m/s2
11,15 m/s2
3,296 m/s2

Lämpötila
230 °C
15 °C
-200 °C
–

Kiertoaika
18,87 päivää
365 päivää
60,265 päivää
2,7 päivää

Tähden etäisyys
0,124 au
1 au
30 au
0,041 au

Tähtien vertailu

TOI-560
Sun

Ikä
750 miljoonaa
3,853 miljoonaa

Massa

27 %

Säde
452,200 km
35 %

Tähtityyppi
K4V
G2V

Lämpötila
4,240
30 %

Suuruusluokka
9.67
4,84 (siis enemmän valovoimaa)

Allesfitter-vertailut

Suurin mittaamamme ero oli säde. Yritimme ensin käyttää Allesfitterin kerrointa 2,395. Mutta kun käytimme transit-syvyyden kaavaa, saimme kertoimeksi 2,646 ja siten säteeksi 16,752 km 15,275 km:n sijasta.

Seuraava ero oli etäisyydessä, jonka me laskimme olevan 0,1245 au, mutta Allesfitter laski vain 0,124 au.

Planeterra Team

Valmistanut: Karel, Simon ja Tom

TOI-560c Päätelmät

Todennäköisin skenaario TOI-560c:n kohdalla on, että ilmakehä on melko ohut, mutta painovoima riittää pitämään sen paikallaan. Korkea paine vaikuttaa myös sopimattomalta, joten uskomme, että veden puuttuminen on oikein, samoin kuin elämän olemassaolo planeetan pinnalla.

Lähteet:

About - Hack an exoplanet, [ei päivämäärää]. Verkossa. Saatavissa: https://hackanexoplanet.esa.int/about/

Eksoplaneettaluettelo | Discovery - Exoplanet Exploration: Planets Beyond Our Solar System, [ei päivämäärää]. Exoplanet Exploration: Planets Beyond Our Solar System. Online. Saatavissa: https://exoplanets.nasa.gov/discovery/exoplanet-catalog/.
MUFTI, Mohammed El, 2021. TOI 560 : Two Transiting Planets Orbiting a K Dwarf Validated with iSHELL, PFS and HIRES RVs. arXiv.org. Online. 26. joulukuuta 2021. Saatavilla osoitteessa: https://arxiv.org/abs/2112.13448
The Extrasolar Planets Encyclopaedia - Diagrams. (n.d.). http://exoplanet.eu/diagrams/

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/.
TOI-560 c, [ei päivämäärää]. Verkossa. Saatavissa: http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/TOI-560_c.html

Tukitiedostot:

Projektigalleria 2023