Galeria Projektów 2023

Cheops_illustration_pillars

Galeria Projektów 2023

Uczniowie szkół średnich z całej Europy zostali detektywami egzoplanet z ESA i wykorzystali dane z satelity Cheops do odkrycia tajemnic dwóch egzoplanet: KELT-3b i TOI-560c.

Zapoznaj się z poniższymi projektami.

Planeterra

 Zwycięzca nagrody za najlepszy projekt
Gymnazium Brno-Bystrc  Brno - Morawy Południowe    Czechy 15 lat, 19 lat   3 / 0

Zewnętrzny adres URL do projektu zespołu (np. strona internetowa lub plik PDF):
https://photohorak.cz/TOI-560c.html

Link do filmu na YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=0SZ2f3I-MtM


TOI-560c


Opis projektu TOI-560c:

W układzie słonecznym daleko, daleko stąd... dokładnie 103 lata świetlne od nas znajduje się nasza upragniona egzoplaneta. Jak sama nazwa wskazuje, nasza TOI-560c nie jest jedyną egzoplanetą w swoim układzie słonecznym. Choć niewielka, układ zawiera drugą planetę około dwa razy większą, zwaną TOI-560b. Obie krążą wokół gwiazdy typu K, TOI-560, poza strefą zamieszkiwalną Układu Słonecznego.

 

Wyniki i analiza TOI-560c

Rozmiar planety

Najpierw określiliśmy średnicę planety na 30550,62 metra, przy głębokości tranzytu 0,01372%. Aby obliczyć promień, najpierw użyliśmy mnożnika Allesfittera 2,395. Dało nam to promień 15 275,3 kilometrów. Wzór, w którym H jest różnicą krzywej blasku, zaczerpnęliśmy z wykresu pomiarowego krzywej blasku Cheopsa, który wynosił 99,862, co oznacza, że różnica wynosiła 0,137. Z tego otrzymaliśmy mnożnik 2,646, co dało nam promień 16 752,7 km, czyli około 10% różnicy w stosunku do pierwotnego wyniku Allesfitter.

Długość orbity

Wiemy, że okres roczny TOI-560c wynosi 18,87 dni ziemskich, co sprawia, że jego rok jest znacznie krótszy niż rok ziemski.

W Układzie Słonecznym obie planety krążą bardzo blisko swojej gwiazdy. W rzeczywistości tak blisko, że najwyższa orbita jest znacznie niższa niż orbita Merkurego w naszym Układzie Słonecznym. Ponieważ znamy odległość TOI-560c od jej gwiazdy, możemy obliczyć długość jej orbity na 117 106 752,8 km. Na podstawie tej długości możemy określić prędkość orbitalną na 720 958,63 m/s.

Orbity obu planet są podobne pod względem nachylenia, które osiąga tylko nieregularność 0,4 od 90°. Obie planety B i C mają bardzo podobne nachylenie orbit, więc możemy powiedzieć, że nie są to planety wędrujące, które znalazłyby drogę do tego układu słonecznego i pozostały tam z powodu przyciągania grawitacyjnego, ale raczej, że zostały stworzone w bardzo podobnym czasie.

 

Układ słoneczny

TOI-560c nie jest jedyną planetą w swoim układzie słonecznym. Druga planeta krąży wokół TOI-560. Obie zostały odkryte przy użyciu metody przejścia. Ponadto TOI-560b i TOI-560c mają prawie identyczne nachylenie, wynoszące prawie 90 stopni z naszego punktu widzenia, co jest kolejnym dowodem na to, że powstały w podobnym czasie w przeszłości. Istnieją jednak pewne różnice. Głównie w rozmiarze i orbicie. Według portalu exoplanet.eu TOI-560b ma okres orbitalny wynoszący 6,39 dnia, czyli o połowę krótszy niż TOI-560c. TOI-560b ma rozmiar 0,249 wielkości Jowisza, podczas gdy TOI-560c tylko 0,23. Istnieją również pewne różnice w kolorach, postawiliśmy kilka hipotez dotyczących składu chemicznego TOI-560c, które bezpośrednio prowadzą do schematu kolorów, wszystko jest wspomniane w zakładce "Hipotezy atmosferyczne". Obie planety znajdują się poza strefą zamieszkiwalną.

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

 

Wiek planety

Według http://exoplanet.eu/, nasza egzoplaneta jest dość młoda i ma 750 000 000 lat. W tym wieku Ziemia wciąż znajdowała się w erze prekambryjskiej, co oznacza, że tylko skupiska organiczne tworzyły komórki prokariotyczne, z których wyewoluowały komórki eukariotyczne. Jednak podczas prekambru temperatury na powierzchni wynosiły zaledwie kilka stopni powyżej 0°C.

A co z TOI-560c? Temperatura powierzchni została zmierzona na około 225 stopni, co nie jest zbyt przyjaznym środowiskiem w porównaniu do Ziemi. Chociaż moglibyśmy spekulować o termofilnych komórkach z bardzo grubymi ścianami komórkowymi, które przystosowały się do takich temperatur. Na przykład w pobliżu wulkanu Kavachi na Ziemi temperatura wody osiąga około 68 °C, a rekiny nadal tam żyją. Ale w przypadku TOI-560C ograniczyliśmy nasze sugestie do małych organizmów, w zależności od zawartości atmosfery i ciśnienia.

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

 

Hipotezy dotyczące atmosfery

Różnica między mini-neptuną a definicją superziemi jest tutaj bardzo niewielka. Postawiliśmy trzy hipotezy dotyczące składu TOI-560c, w zależności od pierwiastków, z których się składa, a także w zależności od grubości każdej warstwy.

Hipoteza 1:

W tej hipotezie uważaliśmy, że jądro planety jest wodorowe i działa jak stały materiał. Jądro miałoby średnicę 8000 kilometrów. Czy może tam być woda? Tak, mogłaby. Dokładnie pod ciśnieniem 246 MPa, co pozwoliłoby wodzie być w stanie ciekłym. Jeśli górna atmosfera byłaby podobna do atmosfery Neptuna, byłaby to realna opcja, ale gęstość TOI-560c przekraczałaby zmierzoną przez nas gęstość. Pomyśleliśmy więc o nowym pierwiastku lub związku, który znajdowałby się w atmosferze. Ta substancja chemiczna byłaby nieco gęstsza niż wodór, hel, metan i amoniak, które razem tworzą atmosferę Neptuna.

Hipoteza 2:

W tej hipotezie zakładaliśmy, że jądro będzie wykonane z aluminium. Atmosfera składałaby się z helu i wodoru. Przy ciśnieniu 26 MPa moglibyśmy zobaczyć tam wodę, z przewagą nad hipotezą 1, ponieważ ciśnienie byłoby znacznie niższe, tworząc znacznie bardziej odpowiednie warunki dla każdej sondy, która mogłaby zostać tam wysłana. Założyliśmy również, że średnica promienia wynosi 5 200 km, aby dopasować wszystkie połączenia i gęstość. W tym przypadku atmosfera mogłaby być gęstsza niż w hipotezie 1, ponieważ jądro nie zajmuje tak dużo miejsca.

Hipoteza 3:

W tym drugim przypadku atmosfera składałaby się z helu i wodoru. Główna różnica tkwi w jądrze, które zawierałoby lit z powłoką fosforową. Byłoby to świetne źródło dla baterii litowych. Chcieliśmy jednak obniżyć ciśnienie, więc pomyśleliśmy o pominięciu wody w tej hipotezie. Bez wody ciśnienie mogłoby wynosić 13,6 kPa, czyli najniższe ze wszystkich opcji. Po wielu obliczeniach oszacowaliśmy średnicę rdzenia na 6 202,7 km.

Kolor planety

Według www.exoplanets.nasa.gov i www.exoplanet.eu, TOI-560c jest przedstawiana jako pomarańczowa. Ponieważ jednak TOI-560 jest gwiazdą typu K4V, a TOI-560c ma cienką atmosferę, uważamy, że kolor może być spowodowany kolorem gwiazdy i emitowanym przez nią światłem. Ponieważ TOI-560 ma jasny pomarańczowy kolor, kolor ten byłby odbijany na TOI-560c.

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

Katalog egzoplanet - Eksploracja egzoplanet: Planety poza naszym Układem Słonecznym. (n.d.). Eksploracja egzoplanet: Planets Beyond Our Solar System. https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/8466/hd-73583-c/.

 

 

Kiedy będzie następny tranzyt?

Dowiedzieliśmy się, że ostatni tranzyt miał miejsce 5 czerwca 2023 r. i rozpoczął się o 1:28 i trwał do 5:04. Na podstawie tych i innych danych obliczyliśmy, że następny tranzyt będzie miał miejsce 23 czerwca od 22:35 do 24 czerwca o 2:11. A 24 czerwca TOI-560C będzie w hipotetycznym centrum TOI-560, a przynajmniej tak to wygląda z naszego punktu widzenia.

Porównanie planet

TOI-560c
Ziemia
Neptun
KELT-3b

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

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

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

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

Temperatura
230 °C
15 °C
-200 °C
–

Okres orbitalny
18,87 dnia
365 dni
60 265 dni
2,7 dnia

Odległość gwiazd
0.124 au
1 au
30 au
0.041 au

 

Porównanie gwiazd

TOI-560
Słońce

Wiek
750 milionów
 3,853 mln

Masa

 27 %

Promień
452 200 km
35 %

Typ gwiazdy
K4V
G2V

Temperatura
4,240
30 %

Wielkość
9.67
4,84 (a więc większa jasność)

 

Porównania Allesfitter

Największa różnica, jaką zmierzyliśmy, dotyczyła promienia. Najpierw próbowaliśmy użyć mnożnika Allesfittera wynoszącego 2,395. Kiedy jednak użyliśmy wzoru na głębokość tranzytu, otrzymaliśmy mnożnik 2,646, a tym samym promień 16 752 km zamiast 15 275 km.

Kolejna różnica dotyczyła odległości, gdzie my obliczyliśmy ją na 0,1245 au, a Allesfitter tylko na 0,124 au.

 

Zespół Planeterra

Wykonane przez: Karela, Simona i Toma


TOI-560c Wnioski

Wreszcie, uważamy, że najbardziej prawdopodobnym scenariuszem dla TOI-560c jest to, że atmosfera jest dość cienka, ale istnieje wystarczająca grawitacja, aby utrzymać ją w miejscu. Wysokie ciśnienie również wydaje się nie na miejscu, więc uważamy, że brak wody jest prawidłowy, podobnie jak istnienie życia na powierzchni planety.

 

Źródła: 

About - Hack an exoplanet, [brak daty]. Online. Dostępny w: https://hackanexoplanet.esa.int/about/

Katalog egzoplanet | Discovery - Eksploracja egzoplanet: Planety poza naszym Układem Słonecznym, [brak daty]. Exoplanet Exploration: Planety poza naszym Układem Słonecznym. Online. Dostępny w: https://exoplanets.nasa.gov/discovery/exoplanet-catalog/
MUFTI, Mohammed El, 2021 r. TOI 560: Two Transiting Planets Orbiting a K Dwarf Validated with iSHELL, PFS and HIRES RVs. arXiv.org. Online. 26 grudnia 2021. Dostępne na stronie: https://arxiv.org/abs/2112.13448
Encyklopedia planet pozasłonecznych - diagramy. (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, [brak daty]. Online. Dostępne pod adresem: http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/TOI-560_c.html
 


Pliki pomocnicze:

Wszystkie projekty