Projectgalerij 2023
Middelbare scholieren uit heel Europa werden samen met ESA exoplaneetdetectives en gebruikten gegevens van de Cheops-satelliet om de mysteries van twee exoplanetdoelen bloot te leggen: KELT-3b en TOI-560c.
Bekijk de projecten hieronder.
C/2022 E3 ZTF
Prijswinnaar Beste Project
Gymnázium Na Vítězné pláni Praag - Praag Tsjechië 18 jaar, 17 jaar 2 / 2
TOI-560c
TOI-560c projectbeschrijving:
We zijn twee tieners op de middelbare school en we besloten mee te doen aan de Prague Hackathon omdat we allebei geïnteresseerd zijn in astronomie en ruimtevaart, en dit leek ons een heel leuk project en een goede kans.
De Hackathon vond plaats in het Planetarium van Praag en duurde 24 uur waarin we gegevens analyseerden over exoplaneet TOI-560 c. We stelden hypotheses op, zochten naar meer gegevens over de exoplaneet en telden en controleerden onze hypotheses. Er waren twaalf teams uit heel Tsjechië en organisatoren die bereid waren om ons te helpen.
TOI-560c Resultaten en analyse
We onderzochten de basisgegevens van exoplaneet TOI-560 c, zoals straal, dichtheid, afstand tot zijn ster, enzovoort.
Nadat we meer over de exoplaneet wisten, richtten we ons op de vraag of er leven op kon zijn. We onderzochten of TOI-560 c een atmosfeer zou kunnen hebben, als die er zou zijn. En we richtten ons ook op de kenmerken van zijn ster, bijvoorbeeld de helderheid en spectrale flux, om meer te weten te komen over de omstandigheden op de planeet.
Het was een opwindende ervaring en in de onderstaande paragrafen presenteren we graag onze reis en conclusies.
De eerste vijf berekeningen waren verplichte taken, de andere verzonnen we zelf.
Doorvoerdiepte
In het begin ontvingen we gegevens met procentuele waarden van het licht van de ster TOI-560 tijdens de overgang van de exoplaneet, opgenomen door de Cheops-satelliet. Met behulp van de parameters van de straal van de planeet en de tijd halverwege de overgang (we kenden de straal van de ster al) maakten we een benaderende lichtvervalcurve in het programma Allesfitter. Dit gaf ons ook een schatting van de straal van de exoplaneet. Het programma evalueerde onze curve en bepaalde hoe nauwkeurig we waren en we kregen een echte waarde om te vergelijken. Als resultaat zagen we dat onze schatting van de transitdiepte een afwijking van 2,6% had ten opzichte van Allesfitter. Het programma gaf ons ook wat meer informatie, zoals de omlooptijd. (De lichtkromme en histogrammen zijn bijgevoegd in het bestand #1 en #2).
Straal
We gebruikten de transitdiepte om de straal van de planeet te tellen. Het resultaat van deze berekening gaf ons een straal van 15.679,25137 kilometer. (De volledige berekening is bijgevoegd in bestand #3).
Omlooptijd
De volgende taak was het beantwoorden van de vraag wanneer de volgende planeetovergang rond zijn ster zal plaatsvinden. Voor deze berekening namen we aan dat 23 januari om 13:12 uur, toen Cheops TOI-560 waarnam, het begin van de overgang was. Omdat de baanperiode 18,8797 dagen duurt, berekenden we dat de volgende overgang zal plaatsvinden op vrijdag 23 juni om 14:06, wat precies 12,0376 dagen is vanaf de datum waarop we de berekeningen maakten (zondag 11 juni).
Orbitale afstand
Om de baanafstand van TOI-560 c tot zijn ster te berekenen, hebben we een formule gebruikt die gebaseerd is op de derde wet van Kepler. Je kunt deze formule en het hele berekeningsproces vinden in het vierde bestand. Het resultaat van de berekening gaf ons een afstand van 3.586.728.628 km.
Vloeibaar water
Daarna richtten we ons op de temperatuur, het vloeibare water en de bewoonbaarheid van de exoplaneet. We hadden informatie dat de temperatuur 225 ± 15°C was. Water is vloeibaar tussen 0°C en 100°C, afhankelijk van de atmosferische druk. We zochten op Google naar een grafiek van de toestand van water als functie van druk en temperatuur en kwamen erachter dat de druk minstens 1 MPa moet zijn om water vloeibaar te maken. Op aarde hebben we een druk van 1MPa op een diepte van 91,89 meter (inclusief atmosferische druk) en op 102,24 meter (zonder atmosferische druk). Ook is onze atmosferische druk 101.300 Pa met een gravitatieconstante van 9,81. Als TOI-560 c dezelfde atmosfeer zou hebben als de aarde, zou de atmosferische druk 163.464 Pa zijn vanwege de 1,62 keer sterkere zwaartekracht. Dit hebben we berekend met behulp van de straal en de massa van de planeet (de massa stond in de instructies). Uit de berekening (bestand #5) concludeerden we dat de atmosfeer van TOI-560 c 6,12 keer groter of dichter zou moeten zijn dan de atmosfeer van de aarde om water in vloeibare vorm te hebben.
Volume en dichtheid
De laatste verplichte taak was het berekenen van de dichtheid van TOI-560 c. We gebruikten de formule ρ=M/V. We wisten al dat de massa van de planeet ongeveer 9,70 * de massa van de aarde was. Maar we wisten het volume niet. We gebruikten een eenvoudige formule die ervan uitgaat dat de planeet perfect rond is - 4/3*π*R3. Dus wisten we dat het volume 1,6146 * 1023 km3 is. Vervolgens berekenden we dat de dichtheid 3,587786 was, wat 1,5 keer kleiner is dan de dichtheid van de aarde (5,51). Maar het is meer dan twee keer zo groot als de dichtheid van Neptunus. Daaruit kunnen we concluderen dat TOI-560 c geen gasplaneet is, maar ook geen zware materie. Zijn dichtheid is vergelijkbaar met die van Mars (3,93), dus het is mogelijk dat hij een vergelijkbare structuur heeft als Mars. (Berekeningen zijn bijgevoegd in bestand #3)
Het leven
Toen we klaar waren met de verplichte taken besloten we terug te keren naar de kwestie van het leven. We bepaalden vier categorieën van voorwaarden voor de aanwezigheid van leven:
magnetosfeer
vloeibaar water
atmosfeer (met zuurstof en ozon)
warmte (temperatuur) en licht
Met de informatie die nu beschikbaar is, weten de wetenschappers niet zeker of TOI-560 c een magnetosfeer heeft. Het zou een metalen kern moeten hebben. Aangezien de structuur lijkt op die van Mars, kunnen we aannemen dat dit niet waarschijnlijk is. Als hij een metalen kern zou hebben, zou de rest van de planeet uit gas moeten bestaan - extreem licht moeten zijn om bij de gemiddelde dichtheid van de planeet te passen. We kunnen hier echter geen zekere conclusies over trekken.
In de vorige paragraaf schreven we over vloeibaar water.
Het eerste wat we moeten weten met betrekking tot de atmosfeer is of TOI-560 c sterk genoeg zwaartekracht heeft om een atmosfeer te kunnen handhaven. We denken van wel, maar we hebben wat berekeningen gemaakt om het zeker te weten (ze zijn bijgevoegd in bestand #6). De ontsnappingssnelheid die elk object moet hebben dat het oppervlak van TOI-560 c wil verlaten is 22,25 km*s-1 en molecuul H2 heeft een snelheid van 2.491,51 m*s-1 (bestand 7). Ontsnappingssnelheid is veel groter dan de wortel-gemiddelde snelheid, dus TOI-560 c kan zelfs de snelste moleculen H2 vasthouden. Iets anders is ozon O3 en zuurstof O2. Op basis van de beschikbare gegevens kunnen we niets te weten komen over de structuur van de hypothetische atmosfeer. Maar de telescoop HARPS met zijn spectrograaf kan het bestaan van de atmosfeer bevestigen en zelfs de structuur ervan detecteren.
Licht en warmte op TOI-560 c worden geleverd door de ster TOI-560. In feite is TOI-560 twee keer zo groot als de zon. De lichtkracht van de zon is 3,827*1026 W en de lichtkracht van TOI-560 is 6,04429*1029 W. De spectrale flux hangt ook af van de afstand van het object tot de ster. En omdat de baanafstand van TOI-560 c tot zijn ster ongeveer 0,1249 AE is, is de spectrale flux 13.681.47386 W*m-2, wat 10 keer zo groot is als de spectrale flux van de zon op aarde. (Berekeningen zijn bijgevoegd in bestand #8)
Bewoonbaarheid hangt af van de baanafstand tot de ster. Als de aarde te dichtbij of te ver van de zon zou staan, zou er helemaal geen vloeibaar water en leven kunnen zijn. Maar we weten niet hoeveel de temperatuur van de planeet wordt beïnvloed door de hypothetische atmosfeer en hoeveel door de afstand. We kunnen echter wel bewoonbare zones berekenen en de atmosfeer verwaarlozen.
TOI-560c Conclusies
Nu we meer weten over de planeet en zijn omstandigheden, kunnen we hem vergelijken met de planeten van het zonnestelsel (grafieken in bestand #9). In sommige aspecten lijkt de planeet op rotsplaneten, maar in andere op de gasreuzen. Het is echt onwaarschijnlijk dat hier leven is vanwege de hoge temperatuur en de kleine afstand tot de ster (er is straling van de ster). Het zou nuttig zijn om meer informatie te hebben over de structuur van de exoplaneet en zijn atmosfeer, als die er is. De telescoop HARPS zou waardevolle informatie kunnen opleveren over de verschillende aspecten van de atmosfeer.
Ondersteunende bestanden:
