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.
C/2022 E3 ZTF
Zwycięzca nagrody za najlepszy projekt
Gymnázium Na Vítězné pláni Praga - Praga Czechy 18 lat, 17 lat 2 / 2
https://hacktoi560c.blogspot.com/
TOI-560c
Opis projektu TOI-560c:
Jesteśmy dwójką nastolatków w liceum i zdecydowaliśmy się dołączyć do Prague Hackathon, ponieważ oboje interesujemy się astronomią i kosmosem, a to wyglądało na naprawdę fajny projekt i dobrą okazję.
Hackathon odbył się w Praskim Planetarium i trwał 24 godziny, podczas których analizowaliśmy dane o egzoplanecie TOI-560 c. Stawialiśmy hipotezy, szukaliśmy więcej danych o egzoplanecie, liczyliśmy i weryfikowaliśmy nasze hipotezy. W konkursie wzięło udział dwanaście drużyn z całych Czech oraz organizatorzy, którzy byli gotowi nam pomóc.
Wyniki i analiza TOI-560c
Badaliśmy podstawowe fakty dotyczące egzoplanety TOI-560 c, takie jak promień, gęstość, odległość od gwiazdy itp.
Gdy dowiedzieliśmy się więcej o egzoplanecie, skupiliśmy się na pytaniu, czy może istnieć na niej życie. Badaliśmy, czy TOI-560 c może utrzymać atmosferę, jeśli ją posiada. Skupiliśmy się również na charakterystyce jej gwiazdy, na przykład jej jasności i strumieniu widmowym, aby dowiedzieć się więcej o warunkach panujących na planecie.
Było to ekscytujące doświadczenie i chcielibyśmy przedstawić naszą podróż i wnioski w poniższych akapitach.
Pierwsze pięć obliczeń było zadaniami obowiązkowymi, pozostałe wymyśliliśmy sami.
Głębokość tranzytu
Na początku otrzymaliśmy dane z procentowymi wartościami światła pochodzącego od gwiazdy TOI-560 podczas tranzytu egzoplanety zarejestrowane przez satelitę Cheops. Korzystając z parametrów promienia planety i czasu środkowego tranzytu (znaliśmy już promień gwiazdy), stworzyliśmy przybliżoną krzywą zaniku jasności w programie Allesfitter. Dało nam to również przybliżony promień egzoplanety. Program ocenił naszą krzywą i określił, jak dokładna była nasza ocena, a my otrzymaliśmy rzeczywistą wartość do porównania. W rezultacie zobaczyliśmy, że nasze oszacowanie głębokości tranzytu miało 2,6% odchylenia od Allesfitter. Program dostarczył nam również dodatkowych informacji, takich jak okres orbitalny. (Krzywa blasku i histogramy są załączone w plikach #1 i #2).
Promień
Wykorzystaliśmy głębokość tranzytu do obliczenia promienia planety. Wynik tego obliczenia dał nam promień 15 679,25137 kilometrów. (Całość obliczeń załączona jest w pliku #3).
Okres orbitalny
Kolejnym zadaniem było udzielenie odpowiedzi na pytanie, kiedy nastąpi następny tranzyt planety wokół jej gwiazdy. Do tych obliczeń przyjęliśmy, że 23 stycznia o 13:12, kiedy Cheops zaobserwował TOI-560, był początkiem tranzytu. Ponieważ okres orbitalny trwa 18,8797 dnia, obliczyliśmy, że następny tranzyt nastąpi w piątek 23 czerwca o 14:06, czyli dokładnie 12,0376 dnia od daty naszych obliczeń (niedziela 11 czerwca).
Odległość orbitalna
Do obliczenia odległości orbitalnej TOI-560 c od jej gwiazdy użyliśmy wzoru opartego na trzecim prawie Keplera. Wzór ten i cały proces obliczeniowy można znaleźć w czwartym pliku. Wynik obliczeń dał nam odległość 3 586 728 628 km.
Woda w stanie ciekłym
Następnie skupiliśmy się na kwestiach temperatury, ciekłej wody i możliwości zamieszkania egzoplanety. Mieliśmy informacje, że temperatura wynosiła 225 ± 15°C. Woda jest w stanie ciekłym od 0°C do 100°C, w zależności od ciśnienia atmosferycznego. Poszukaliśmy w Google wykresu stanu wody w funkcji ciśnienia i temperatury i dowiedzieliśmy się, że ciśnienie musi wynosić co najmniej 1 MPa, aby woda była ciekła. Na Ziemi ciśnienie 1 MPa występuje na głębokości 91,89 metra (z uwzględnieniem ciśnienia atmosferycznego) i 102,24 metra (bez ciśnienia atmosferycznego). Ciśnienie atmosferyczne wynosi 101 300 Pa, a stała grawitacji 9,81. Gdyby TOI-560 c miała taką samą atmosferę jak Ziemia, ciśnienie atmosferyczne wynosiłoby 163 464 Pa ze względu na 1,62 razy silniejszą grawitację. Obliczyliśmy to na podstawie promienia i masy planety (masa została określona w instrukcji). Z obliczeń (plik #5) wywnioskowaliśmy, że atmosfera TOI-560 c musiałaby być 6,12 razy większa lub gęstsza niż atmosfera Ziemi, aby mogła zawierać wodę w stanie ciekłym.
Objętość i gęstość
Ostatnim obowiązkowym zadaniem było obliczenie gęstości TOI-560 c. Skorzystaliśmy ze wzoru ρ=M/V. Wiedzieliśmy już, że masa planety wynosi około 9,70 * masy Ziemi. Nie znaliśmy jednak objętości. Użyliśmy prostego wzoru, który zakłada, że planeta jest idealnie okrągła - 4/3*π*R3. Wiedzieliśmy więc, że objętość wynosi 1,6146 * 1023 km3. Następnie obliczyliśmy, że gęstość wynosi 3,587786, czyli 1,5 razy mniej niż gęstość Ziemi (5,51). Jest ona jednak ponad dwa razy większa niż gęstość Neptuna. Z tego możemy wywnioskować, że TOI-560 c nie jest planetą gazową, ale również nie jest z ciężkiego materiału. Jej gęstość jest podobna do gęstości Marsa (3,93), więc możliwe, że ma podobną strukturę jak Mars. (Obliczenia są załączone w pliku #3)
Życie
Kiedy zakończyliśmy zadania obowiązkowe, postanowiliśmy powrócić do kwestii życia. Określiliśmy cztery kategorie warunków obecności życia:
magnetosfera
woda w płynie
atmosfera (z tlenem i ozonem)
ciepło (temperatura) i światło
Z obecnie dostępnymi informacjami naukowcy nie mogą być pewni, czy TOI-560 c ma magnetosferę. Musiałby mieć metalowy rdzeń. Ponieważ ma podobną strukturę do Marsa, możemy założyć, że jest to mało prawdopodobne. Jeśli miałaby metalowy rdzeń, reszta planety musiałaby być wykonana z gazu - być niezwykle lekka, aby dopasować się do średniej gęstości planety. Nie możemy jednak wyciągać żadnych pewnych wniosków w tej sprawie.
W poprzednim akapicie pisaliśmy o wodzie w stanie ciekłym.
Pierwszą rzeczą, którą musimy wiedzieć w związku z atmosferą, jest to, czy TOI-560 c ma wystarczająco silną grawitację, aby utrzymać atmosferę. Przypuszczamy, że tak, ale dla pewności wykonaliśmy kilka obliczeń (są one załączone w pliku #6). Prędkość ucieczki, którą musi mieć każdy obiekt, który chce opuścić powierzchnię TOI-560 c, wynosi 22,25 km*s-1, a cząsteczka H2 ma prędkość pierwiastkowo-średniokwadratową 2 491,51 m*s-1 (plik 7). Prędkość ucieczki jest znacznie większa niż prędkość pierwiastkowo-średnio-kwadratowa, więc TOI-560 c może utrzymać nawet najszybsze cząsteczki H2. Kolejną rzeczą jest ozon O3 i tlen O2. Na podstawie dostępnych danych nie możemy dowiedzieć się niczego o strukturze hipotetycznej atmosfery. Jednak teleskop HARPS z jego spektrografem jest w stanie potwierdzić istnienie atmosfery, a nawet wykryć jej strukturę.
Światło i ciepło na TOI-560 c są dostarczane przez jej gwiazdę TOI-560. W rzeczywistości TOI-560 jest dwa razy większa od Słońca. Jasność Słońca wynosi 3,827*1026 W, a jasność TOI-560 wynosi 6,04429*1029 W. Strumień widmowy zależy również od odległości obiektu od gwiazdy. Ponieważ odległość orbitalna TOI-560 c od gwiazdy wynosi około 0,1249 AU, strumień widmowy wynosi 13,681.47386 W*m-2, czyli 10 razy więcej niż strumień widmowy Słońca na Ziemi. (Obliczenia są załączone w pliku #8)
Możliwość zamieszkania zależy od odległości orbitalnej od gwiazdy. Gdyby Ziemia znajdowała się zbyt blisko lub zbyt daleko od Słońca, ciekła woda i życie nie mogłyby w ogóle istnieć. Nie wiemy jednak, w jakim stopniu na temperaturę planety wpływa hipotetyczna atmosfera, a w jakim odległość. Możemy jednak obliczyć strefy nadające się do zamieszkania i pominąć atmosferę.
TOI-560c Wnioski
Teraz wiemy więcej o planecie i jej warunkach, możemy porównać ją z planetami Układu Słonecznego (wykresy w pliku #9). W niektórych aspektach planeta jest podobna do planet skalistych, ale w innych do gazowych olbrzymów. Jest bardzo mało prawdopodobne, aby istniało tu życie ze względu na wysoką temperaturę i niewielką odległość od gwiazdy (istnieje promieniowanie od gwiazdy). Przydałoby się więcej informacji na temat struktury egzoplanety i jej atmosfery, jeśli taką posiada. Teleskop HARPS mógłby dostarczyć cennych informacji dotyczących różnych aspektów atmosfery.
Pliki pomocnicze:
