2023 m. projekto galerija

Exoti

Evangelická Akademie Praha  Praha -    Čekija 17 metų, 15 metų   4 / 2

TOI-560c

TOI-560c projekto aprašymas:

Šiame darbe daugiausia dėmesio skiriama egzoplanetai TOI-560 c (vadinamai mini Neptūnu arba superŽeme), vienai iš dviejų egzoplanetų, skriejančių aplink K tipo nykštukinę žvaigždę TOI-560, kuri buvo stebima naudojant tranzito metodą kosminiu teleskopu CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Mūsų tyrimo tikslas buvo apskaičiuoti pagrindines šios egzoplanetos savybes, įskaitant jos spindulį, masę, orbitinį atstumą, orbitinį periodą, tankį ir vidutinę temperatūrą. Remiantis šiais duomenimis, darbe siekiama nustatyti, ar ši egzoplaneta atitinka sąlygas, būtinas gyvybei, panašiai į gyvybę Žemėje, egzistuoti. Remiantis turima informacija, gyvybės, panašios į Žemės gyvybę, egzistavimas TOI-560 c laikomas mažai tikėtinu.

Egzoplanetos TOI-560 c spinduliui apskaičiuoti naudojamas tranzito metodas, kai stebimas planetos praskriejimas priešais ją priimančią žvaigždę. Nustatomas vidutinis planetos spindulys, palyginti su Žemės spinduliu. Vidutinis orbitinis atstumas ir orbitinis periodas apskaičiuoti taikant Keplerio dėsnius. Egzoplanetos TOI-560 c tankis buvo gautas iš tūrio ir masės verčių pagal apskaičiuotą spindulį.

Rezultatai rodo, kad egzoplanetos TOI-560 c spindulys yra maždaug 2,37 karto didesnis už Žemės spindulį, masė maždaug 9,7 karto didesnė už Žemės masę, vidutinis orbitinis atstumas - apie 0,124 AU, o orbitinis periodas - maždaug 18,88 dienos. Apskaičiuota, kad egzoplanetos tankis yra maždaug 4,004 g/cm3, o vidutinė temperatūra - 225 °C.

TOI-560c rezultatai ir analizė

1. Duomenų analizė
Analizės tikslas - nustatyti egzoplanetos TOI-560 c spindulį, jos orbitinį periodą, atstumą nuo žvaigždės ir tankį. Skaičiavimų metodai pateikiami tolesniuose skyriuose.
3.1. TOI-560 spindulys c
Norint nustatyti planetos spindulį, reikėjo žinoti tranzito gylį (t. y. žvaigždės TOI-560 ryškumo sumažėjimą procentais, kai planeta TOI-560 c buvo tarp stebėtojo ir jos žvaigždės). Mūsų skaičiavimuose nustatyta, kad šis dydis yra 0,2%.

Vėliau analizė atliekama pagal formulę:

(1.1)

R reiškia spindulį, p - egzoplanetą (TOI-560 c), s - jos žvaigždę (TOI-560).

Toliau pateikiama modifikuota spindulio apskaičiavimo formulė:

(1.2)

Žinomos vertės įrašomos į (3.2.) formulę:

Apskaičiuojamas šis spindulys.

 

 

 

 
(1.3)

2 paveikslas: TOI-560 c [[1]] tranzitinės šviesos kreivė

Tačiau dėl netikslaus tranzito gylio procentinio įvertinimo mūsų rezultatas Dėl netikslaus tranzito gylio procentinio įvertinimo mūsų rezultatas pasirodė šiek tiek didesnis, nei buvo iš tikrųjų. Remdamiesi "Allesfitter" programoje gautomis vertėmis, pakoregavome savo rezultatą į REarth, ir ši vertė naudojama kaip pagrindas tolesniems skaičiavimams.

3.2. Orbitos periodas

Apskaičiuojant orbitos periodą, reikėjo žinoti gravitacinę konstantą (G) ir Saulės masę (MS).

Abi vertes radome tinklalapyje "Hack an Exoplanet"[[1]]. Vertės, su kuriomis dirbome, yra tokios:

(1.4)

 

 
(1.5)

Pagal "Allesfitter" programoje gautas vertes buvo nustatytas TOI-560 c orbitinis periodas (18,8797 dienos). Tolimesniems skaičiavimams ši vertė į sekundes (1631206,082 s) perskaičiuota.

Šios vertės buvo naudojamos formulėje

(1.6)

kur d - orbitinis atstumas.

Su formule buvo dirbama taip:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

3 pav. TOI-560 c orbitos aplink žvaigždę TOI-560 modelis (mėlynas taškas geltoname stačiakampyje vaizduoja TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

Atlikus skaičiavimus gautas 0,124 AU rezultatas, t. y. mažesnis atstumas, palyginti su Žemės atstumu nuo Saulės (1 AU). Su TOI-560 c susijusių verčių palyginimas su Saulės sistemos planetomis bus nagrinėjamas vėlesnėje tyrimo dalyje. Šioje vietoje derėtų paminėti, kad, remiantis orbitos periodu ir atstumu iki priimančiosios žvaigždės, galima daryti išvadą, kad TOI-560 c yra labai arti savo žvaigždės ir nėra gyvenamojoje zonoje (3 pav.).
3.3. Temperatūra
Vidutinė TOI-560 c temperatūra buvo nustatyta remiantis turimais CHEOPS teleskopo duomenimis, pateiktais svetainėje "Hack an Exoplanet" [[2]]. Vidutinė TOI-560 c temperatūra yra maždaug 225 °C. Tai gerokai viršija beveik visų Saulės sistemos planetų temperatūrą, galbūt išskyrus Venerą, kur vidutinė temperatūra siekia apie 565 °C. TOI-560 c temperatūra artima Merkurijaus temperatūrai, kur vidutinė temperatūra siekia 167 °C. Tokia temperatūra yra nepalanki gyvybei, panašiai į esančią Žemėje, nes vidutinė temperatūra Žemėje svyruoja apie 17 °C. Be to, mūsų nustatyta TOI-560 c temperatūra viršija vandens virimo temperatūrą (125 °C). Vienas esminių veiksnių yra atmosferos slėgis. Medžiagos virimo temperatūra priklauso ne tik nuo jos temperatūros, bet ir nuo ją veikiančio slėgio. Žemėje, jūros lygyje, atmosferos slėgis yra maždaug 1 atmosfera, todėl vanduo gali užvirti 100 °C temperatūroje. Tačiau TOI-560 c atmosferos sąlygos ir sudėtis gerokai skiriasi. Jei atmosferos slėgis yra gerokai didesnis nei Žemėje, vandeniui pasiekti virimo temperatūrą reikėtų aukštesnės temperatūros. Medžiagos virimo temperatūra - tai temperatūra, kurioje jos garų slėgis yra lygus ją veikiančiam išoriniam slėgiui. Jei išorinis slėgis didesnis, kaip gali būti TOI-560 c, vandens virimo temperatūra būtų atitinkamai aukštesnė.

Tai yra rimtas iššūkis gyvybės, panašios į esančią Žemėje, atsiradimui.

Vis dėlto ši išvada nėra visiškai galutinė ar įtikinama. Nepaisant nedraugiškų sąlygų planetos paviršiuje, yra tikimybė, kad skystas vanduo gali egzistuoti požeminių vandenynų ar giluminių telkinių pavidalu. Didelis TOI-560 c tankis (žr. 3.4. Tankis) gali reikšti, kad po uolėtu paviršiumi yra užrakintas didelis vandens kiekis.

 

4 pav.: Duomenys (temperatūra) iš svetainės "Hack an exoplanet" [1]

3.4. Tankis
Norint apskaičiuoti planetos tankį, reikėjo nustatyti jos tūrį. Tūris apskaičiuojamas pagal formulę

(1.11)

kur RP - TOI-560 c spindulys.

Norėdami konvertuoti į bazinius vienetus, RP =2,37 padauginome iš REarth = 6378 km. Iš to gavome Rp vertę.

(1.12)

Šią vertę įrašome į pirmiau minėtą formulę (3.11),

(1.13)

 

Tada formulė atrodė taip:

(1.14)

Tuomet tūrio vertė buvo įrašyta į tankio apskaičiavimo formulę,

(1.15)

kur 𝜌 reiškia tankį, M - masę, V - tūrį, o p - egzoplanetą (TOI-560 c).

Skaičiavimai buvo atliekami pagal (3.14) taip:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Rezultatai
1 lentelė: Tyrimo rezultatai

Pavadinimas
TOI-560 c

Spindulys
2.378 žemės

Orbitinis atstumas
0,124 AU

Orbitos periodas
18,8797 dienos

Tankis
4,004 g/cm3

Vidutinė temperatūra
225 laipsnių Celsijaus

 

 

 

 

 

 

 

 

Remiantis pateikta informacija apie egzoplanetą TOI-560 c, galima kelti hipotezes apie jos išvaizdą ir galimą tinkamumą gyventi.

 

1 hipotezė: atsižvelgiant į vidutinę 225 laipsnių Celsijaus temperatūrą, tikėtina, kad TOI-560 c aplinkoje vyrauja priešiška aplinka, kurioje vyrauja didžiulis karštis. Aukšta temperatūra leidžia manyti, kad Žemę primenančios atmosferos, galinčios palaikyti mums žinomą gyvybę, nėra. Vietoj to joje gali vyrauti tiršta ir tanki atmosfera, sudaryta iš šiltnamio efektą sukeliančių dujų, dėl kurių susidaro didelis šiltnamio efektas. Dėl to gali išsiveržti šiltnamio efektas, todėl paviršiaus temperatūra gali pakilti iki negyvenamo lygio.
2 hipotezė: TOI-560 c tankis - 4,004 g/cm3 - rodo didelę sunkiųjų elementų arba uolienų koncentraciją. Gali būti, kad egzoplaneta yra uolinės sudėties, panašios į mūsų Saulės sistemos sausumos planetas. Paviršiui gali būti būdingas raižytas reljefas, uoliniai dariniai ir galimai aktyvūs geologiniai procesai. Tačiau dėl ekstremalios temperatūros mažai tikėtina, kad planetos paviršiuje yra skysto vandens.
3 hipotezė: nepaisant nepalankių sąlygų planetos paviršiuje, yra tikimybė, kad skystas vanduo egzistuoja požeminiuose vandenynuose arba giluminiuose telkiniuose. Didelis TOI-560 c tankis gali reikšti, kad po uolėtu paviršiumi yra užrakintas didelis vandens kiekis. Galima numanyti, kad, esant tam tikroms sąlygoms, pavyzdžiui, geoterminiam aktyvumui ir izoliacijai, šie požeminiai vandenynai galėtų būti potenciali terpė mikrobinėms gyvybės formoms, prisitaikiusioms prie ekstremalių sąlygų. Šie organizmai galėtų klestėti aplinkoje, panašioje į Žemės giliavandenes hidrotermines versmes ar požemines buveines.

[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 Išvados

Remiantis pateikta informacija, daromos šios išvados:

Egzoplanetos TOI-560 c spindulys 2,378 karto didesnis už Žemės spindulį (REarth). Tai leidžia manyti, kad TOI-560 c yra didesnė už Žemę. Dėl šios priežasties TOI-560 c kartais vadinama "superžeme". Tačiau TOI-560 c spindulys yra daug artimesnis Neptūno spinduliui (3,88 REarth). Dėl šios priežasties savo tyrimų grupėje neprieštaraujame ir pavadinimui "Mini Neptūnas".
TOI-560 c yra vidutiniškai 124 astronominių vienetų (AU) atstumu nuo savo pagrindinės žvaigždės. Tai rodo, kad ji skrieja palyginti arti savo žvaigždės planetinėje sistemoje. Palyginimui, TOI-560 c orbitinis atstumas yra panašus į Merkurijaus (0,39 AU) ar Veneros (0,72 AU) orbitinį atstumą. Todėl galime drąsiai teigti, kad ji nėra gyvenamojoje zonoje, atsižvelgdami į abi jos priimančiosios žvaigždės savybes.
Tankis: (g/cm3), TOI-560 c tankis yra palyginti didelis. Tai rodo, kad egzoplaneta greičiausiai sudaryta iš tankios medžiagos, galbūt įskaitant sunkiuosius elementus.
Vidutinė temperatūra: Vidutinė TOI-560 c temperatūra yra maždaug 225 °C. Ši temperatūra gerokai aukštesnė už vidutinę temperatūrą Žemėje.

 

Remiantis pateiktais duomenimis, pateiktos egzoplanetos TOI-560 c spindulio, tūrio, tankio, temperatūros, orbitinio atstumo ir periodo vertės. Tačiau negalima visiškai atmesti požeminių vandens telkinių ar vandenynų buvimo, kurie gali būti niša ekstremofilinėms gyvybės formoms. Norint patvirtinti šias hipotezes ir nustatyti tikrąjį TOI-560 c tinkamumą gyventi, reikėtų tolesnių mokslinių tyrimų, įskaitant stebėjimus ir matavimus.

Visi projektai