Galeria Projektów 2023

Exoti

Evangelická Akademie Praha  Praha -    Czechy 17 lat, 15 lat   4 / 2

TOI-560c

Opis projektu TOI-560c:

Niniejsza praca koncentruje się na egzoplanecie TOI-560 c (określanej jako mini-Neptun lub super-Ziemia), jednej z dwóch egzoplanet krążących wokół gwiazdy karłowatej typu K TOI-560, która została zaobserwowana metodą tranzytu za pomocą teleskopu kosmicznego CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Celem naszych badań było obliczenie podstawowych właściwości tej egzoplanety, w tym jej promienia, masy, odległości orbitalnej, okresu orbitalnego, gęstości i średniej temperatury. W oparciu o te ustalenia, praca ma na celu ustalenie, czy ta egzoplaneta spełnia warunki niezbędne do istnienia życia podobnego do życia na Ziemi. W oparciu o dostępne informacje, istnienie życia podobnego do ziemskiego na TOI-560 c jest uważane za mało prawdopodobne.

Do obliczenia promienia egzoplanety TOI-560 c wykorzystano metodę tranzytu, która polega na obserwacji przejścia planety przed jej gwiazdą macierzystą. Określono średni promień planety w porównaniu do promienia Ziemi. Średnia odległość orbitalna i okres orbitalny zostały obliczone przy użyciu praw Keplera. Gęstość egzoplanety TOI-560 c uzyskano z wartości objętości i masy na podstawie oszacowanego promienia.

Wyniki wskazują, że egzoplaneta TOI-560 c ma promień około 2,37 razy większy od promienia Ziemi, masę około 9,7 razy większą od masy Ziemi, średnią odległość orbitalną około 0,124 AU i okres orbitalny około 18,88 dni. Szacowana gęstość egzoplanety wynosi około 4,004 g/cm3, a średnia temperatura szacowana jest na 225°C.

Wyniki i analiza TOI-560c

1. Analiza danych
Celem analizy jest określenie promienia egzoplanety TOI-560 c, jej okresu orbitalnego, odległości od gwiazdy i gęstości. Metody obliczeń podano w kolejnych sekcjach.
3.1. Promień TOI-560 c
Aby określić promień planety, konieczna była znajomość głębokości tranzytu (tj. procentowego spadku jasności gwiazdy TOI-560, gdy planeta TOI-560 c znajdowała się między obserwatorem a gwiazdą). W naszych obliczeniach oszacowano ją na 0,2%.

Następnie analiza jest przeprowadzana za pomocą wzoru:

(1.1)

R oznacza promień; p oznacza egzoplanetę (TOI-560 c), a s oznacza jej gwiazdę (TOI-560).

Poniżej przedstawiono modyfikację wzoru na obliczanie promienia:

(1.2)

Znane wartości są podstawiane do wzoru (3.2.):

Poniżej przedstawiono obliczenia promienia.

 

 

 

 
(1.3)

Rysunek 2: Tranzytowa krzywa blasku TOI-560 c [[1]]

Ze względu jednak na nieprecyzyjne oszacowanie procentowej głębokości tranzytowej, nasz wynik okazał się nieco wyższy niż w rzeczywistości. Odnosząc się do wartości uzyskanych w programie Allesfitter, skorygowaliśmy nasz wynik do REarth i ta wartość jest wykorzystywana jako podstawa do dalszych obliczeń.

3.2. Okres orbitalny

Do obliczenia okresu orbitalnego konieczna była znajomość stałej grawitacyjnej (G) i masy Słońca (MS).

Obie wartości znaleźliśmy na stronie Hack an Exoplanet[[1]]. Wartości, z którymi pracowaliśmy, są następujące:

(1.4)

 

 
(1.5)

Na podstawie wartości uzyskanych z programu Allesfitter wyznaczono okres orbitalny TOI-560 c (18,8797 dnia). Do dalszych obliczeń wartość ta została przeliczona na sekundy (1631206,082 s).

Wartości te zostały następnie wykorzystane we wzorze

(1.6)

gdzie d oznacza odległość orbitalną.

Praca z formułą przebiegała w następujący sposób:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Rysunek 3: Model orbity TOI-560 c wokół gwiazdy TOI-560 (niebieska kropka w żółtym prostokącie reprezentuje TOI-560 c) [[1]].

(1.10)

Z obliczeń otrzymano wynik 0,124 AU, co jest mniejszą odległością w porównaniu do odległości Ziemi od Słońca (1 AU). Porównanie wartości związanych z TOI-560 c z tymi odnoszącymi się do planet w Układzie Słonecznym zostanie omówione w dalszej części opracowania. W tym miejscu należy wspomnieć, że na podstawie okresu orbitalnego i odległości od gwiazdy macierzystej można wywnioskować, że TOI-560 c znajduje się bardzo blisko swojej gwiazdy i nie znajduje się w strefie zamieszkiwalnej (rysunek 3).
3.3. Temperatura
Średnia temperatura na TOI-560 c została określona na podstawie dostępnych danych uzyskanych przez teleskop CHEOPS, podanych na stronie internetowej Hack an Exoplanet [[2]]. Średnia temperatura na TOI-560 c wynosi około 225°C. To znacznie przewyższa temperatury prawie wszystkich planet w Układzie Słonecznym, z możliwym wyjątkiem Wenus, gdzie średnia temperatura osiąga wartości około 565°C. Temperatura TOI-560 c jest zbliżona do temperatury Merkurego, gdzie średnia temperatura osiąga nawet 167°C. Taka temperatura jest niegościnna dla życia podobnego do tego na Ziemi, ponieważ średnia temperatura na Ziemi oscyluje wokół 17°C. Dodatkowo, temperatura określona przez nas dla TOI-560 c przekracza temperaturę wrzenia wody (125°C). Jednym z kluczowych czynników jest ciśnienie atmosferyczne. Temperatura wrzenia substancji zależy nie tylko od jej temperatury, ale także od wywieranego na nią ciśnienia. Na Ziemi, na poziomie morza, ciśnienie atmosferyczne wynosi około 1 atmosfery, co pozwala wodzie wrzeć w temperaturze 100°C. Jednak na TOI-560 c warunki atmosferyczne i skład są znacząco różne. Jeśli ciśnienie atmosferyczne jest znacznie wyższe niż na Ziemi, woda wymagałaby wyższej temperatury, aby osiągnąć temperaturę wrzenia. Temperatura wrzenia substancji to temperatura, w której jej ciśnienie pary jest równe działającemu na nią ciśnieniu zewnętrznemu. Jeśli ciśnienie zewnętrzne jest wyższe, co może mieć miejsce na TOI-560 c, temperatura wrzenia wody będzie odpowiednio wyższa.

Stanowi to poważne wyzwanie dla powstania życia podobnego do tego na Ziemi.

Niemniej jednak wniosek ten nie jest całkowicie ostateczny ani rozstrzygający. Pomimo niegościnnych warunków panujących na powierzchni planety, istnieje możliwość istnienia ciekłej wody w postaci podpowierzchniowych oceanów lub głębokich zbiorników. Wysoka gęstość (patrz 3.4. Gęstość) TOI-560 c może wskazywać na obecność znacznej ilości wody zamkniętej pod jej skalistą powierzchnią.

 

Rysunek 4: Dane (temperatura) ze strony internetowej Hack an exoplanet [1]

3.4. Gęstość
Aby obliczyć gęstość planety, konieczne było określenie jej objętości. Objętość oblicza się za pomocą wzoru

(1.11)

gdzie RP oznacza promień TOI-560 c.

Pomnożyliśmy RP = 2,37 przez REarth = 6378 km, aby przekonwertować ją na jednostki bazowe. Na tej podstawie otrzymaliśmy wartość Rp.

(1.12)

Podstawiliśmy tę wartość do wspomnianego wcześniej wzoru (3.11),

(1.13)

 

Formuła wyglądała wówczas następująco:

(1.14)

Wartość objętości została następnie podstawiona do wzoru na obliczenie gęstości,

(1.15)

gdzie 𝜌 reprezentuje gęstość, M reprezentuje masę, V reprezentuje objętość, a p reprezentuje egzoplanetę (TOI-560 c).

Obliczenia przebiegały zgodnie z (3.14) w następujący sposób:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Wyniki
Tabela 1: Wyniki badania

Nazwa
TOI-560 c

Promień
2.378 REarth

Odległość orbitalna
0.124 AU

Okres orbitalny
18,8797 dni

Gęstość
4,004 g/cm3

Średnia temperatura
225 stopni Celsjusza

 

 

 

 

 

 

 

 

Na podstawie dostarczonych informacji o egzoplanecie TOI-560 c można zaproponować hipotezy dotyczące jej wyglądu i potencjalnej możliwości zamieszkania.

 

Hipoteza 1: Biorąc pod uwagę średnią temperaturę 225 stopni Celsjusza, jest prawdopodobne, że TOI-560 c ma nieprzyjazne środowisko z ekstremalnym upałem. Wysokie temperatury sugerują brak atmosfery podobnej do ziemskiej, zdolnej do podtrzymania życia w znanej nam formie. Zamiast tego może ona mieć przeważnie gęstą i gęstą atmosferę złożoną z gazów cieplarnianych, co prowadzi do znacznego efektu cieplarnianego. Mogłoby to skutkować niekontrolowanym efektem cieplarnianym, powodując wzrost temperatury powierzchni do poziomów niemożliwych do zamieszkania.
Hipoteza 2: Gęstość TOI-560 c, szacowana na 4,004 g/cm3, sugeruje wysoką koncentrację ciężkich pierwiastków lub materiałów skalistych. Możliwe, że egzoplaneta ma skład skalny podobny do planet ziemskich w naszym Układzie Słonecznym. Powierzchnia może charakteryzować się nierównym terenem, formacjami skalnymi i potencjalnie aktywnymi procesami geologicznymi. Jednak ekstremalne temperatury sprawiają, że jest mało prawdopodobne, aby na powierzchni planety istniała woda w stanie ciekłym.
Hipoteza 3: Pomimo niegościnnych warunków panujących na powierzchni planety, istnieje możliwość istnienia ciekłej wody w postaci podpowierzchniowych oceanów lub głębokich zbiorników. Wysoka gęstość TOI-560 c może wskazywać na obecność znacznej ilości wody zamkniętej pod jej skalistą powierzchnią. Można sobie wyobrazić, że przy spełnieniu pewnych warunków, takich jak aktywność geotermalna i izolacja, te podpowierzchniowe oceany mogą stanowić potencjalne siedlisko dla mikrobiologicznych form życia przystosowanych do ekstremalnych środowisk. Organizmy te mogłyby rozwijać się w środowiskach podobnych do ziemskich głębinowych kominów hydrotermalnych lub siedlisk podpowierzchniowych.

[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 Wnioski

Na podstawie dostarczonych informacji wyciągnięto następujące wnioski:

Egzoplaneta TOI-560 c ma promień 2,378 razy większy niż promień Ziemi (REarth). Sugeruje to, że TOI-560 c jest większa w porównaniu do Ziemi. Jest to również powód, dla którego TOI-560 c jest czasami określana jako "Super-Ziemia". Jednak promień TOI-560 c jest znacznie bliższy promieniowi Neptuna (3,88 REarth). Dlatego też nie sprzeciwiamy się określeniu "Mini-Neptun" w naszej grupie badawczej.
TOI-560 c znajduje się w średniej odległości 124 jednostek astronomicznych (AU) od swojej gwiazdy-gospodarza. Oznacza to, że krąży stosunkowo blisko swojej gwiazdy w układzie planetarnym. Dla porównania, TOI-560 c ma podobną odległość orbitalną do Merkurego (0,39 AU) lub Wenus (0,72 AU). Dlatego możemy śmiało stwierdzić, że nie znajduje się ona w strefie zamieszkiwalnej, biorąc pod uwagę obie właściwości jej gwiazdy macierzystej.
Gęstość: Z gęstością 004 (g/cm3), TOI-560 c posiada stosunkowo wysoką gęstość. Sugeruje to, że egzoplaneta prawdopodobnie składa się z gęstych materiałów, w tym ciężkich pierwiastków.
Średnia temperatura: Średnia temperatura na TOI-560 c wynosi około 225 °C. Temperatura ta jest znacznie wyższa niż średnia temperatura na Ziemi.

 

Na podstawie dostarczonych danych podano wartości promienia, objętości, gęstości, temperatury, odległości orbitalnej i okresu dla egzoplanety TOI-560 c. Wydaje się, że jest to nieprzyjazne środowisko z ekstremalnymi temperaturami i niegościnną powierzchnią. Nie można jednak całkowicie wykluczyć obecności podpowierzchniowych zbiorników wodnych lub oceanów, potencjalnie zapewniających niszę dla ekstremofilnych form życia. Dalsze badania naukowe, w tym obserwacje i pomiary, byłyby niezbędne do potwierdzenia tych hipotez i określenia rzeczywistych możliwości zamieszkania TOI-560 c.

Wszystkie projekty