Galeria de projectos 2023
Estudantes do ensino secundário de toda a Europa tornaram-se detectives de exoplanetas com a ESA e utilizaram dados do satélite Cheops para desvendar os mistérios de dois exoplanetas alvo: KELT-3b e TOI-560c.
Explore os projectos abaixo.
C/2022 E3 ZTF
Vencedor do prémio de melhor projeto
Ginásio Na Vítězné pláni Praga - Praga República Checa 18 anos, 17 anos 2 / 2
https://hacktoi560c.blogspot.com/
TOI-560c
Descrição do projeto TOI-560c:
Somos dois adolescentes do ensino secundário e decidimos participar na Hackathon de Praga porque ambos nos interessamos por astronomia e espaço, e este parecia ser um projeto muito bom e uma boa oportunidade.
A Hackathon teve lugar no Planetário de Praga e durou 24 horas, durante as quais analisámos dados sobre o exoplaneta TOI-560 c. Criámos hipóteses, procurámos mais dados sobre o exoplaneta e contámos e verificámos as nossas hipóteses. Havia doze equipas de toda a República Checa e organizadores que estavam preparados para nos ajudar.
Resultados e análise do TOI-560c
Estávamos a investigar factos básicos sobre o exoplaneta TOI-560 c, tais como o raio, a densidade, a distância à sua estrela, etc.
Depois de sabermos mais sobre o exoplaneta, concentrámo-nos na questão de saber se poderia ou não haver vida nele. Estávamos a investigar se o TOI-560 c conseguiria manter uma atmosfera, caso tivesse uma. E também nos concentrámos nas características da sua estrela, por exemplo, a sua luminosidade e fluxo espetral, para descobrir mais sobre as condições do planeta.
Foi uma experiência emocionante e gostaríamos de apresentar o nosso percurso e as nossas conclusões nos parágrafos que se seguem.
Os primeiros cinco cálculos eram tarefas obrigatórias, os outros foram feitos por nós.
Profundidade de trânsito
No início, recebemos dados com valores percentuais da luz proveniente da estrela TOI-560 durante o trânsito do exoplaneta, registados pelo satélite Cheops. Usando os parâmetros do raio do planeta e do tempo médio de trânsito (já conhecíamos o raio da estrela) criámos uma curva aproximada de decaimento da luminosidade no programa Allesfitter. Isto também nos deu o raio aproximado do exoplaneta. O programa avaliou a nossa curva e determinou o grau de exatidão e obtivemos um valor real para comparar. Como resultado, vimos que a nossa estimativa da profundidade de trânsito tinha um desvio de 2,6% em relação ao Allesfitter. O programa também nos deu mais algumas informações, como o período orbital. (A curva de luz e os histogramas estão anexados nos ficheiros #1 e #2).
Raio
Usámos a profundidade de trânsito para contar o raio do planeta. O resultado deste cálculo deu-nos um raio de 15,679.25137 quilómetros. (O cálculo completo está anexado no ficheiro #3).
Período orbital
A tarefa seguinte foi responder à questão de quando ocorrerá o próximo trânsito do planeta em torno da sua estrela. Para este cálculo, assumimos que o dia 23 de janeiro às 13:12, quando Quéops observou TOI-560, foi o início do trânsito. Uma vez que o período orbital dura 18,8797 dias, calculámos que o próximo trânsito ocorrerá na sexta-feira, 23 de junho, às 14:06, que é exatamente 12,0376 dias a partir da data em que fizemos os cálculos (domingo, 11 de junho).
Distância orbital
Para calcular a distância orbital do TOI-560 c à sua estrela usámos uma fórmula baseada na terceira lei de Kepler. Pode encontrar esta fórmula e todo o processo de cálculo em anexo no quarto ficheiro. O resultado do cálculo deu-nos uma distância de 3,586,728,628 km.
Água líquida
Depois disso, concentrámo-nos nas questões da temperatura, água líquida e habitabilidade do exoplaneta. Tínhamos informação de que a temperatura era de 225 ± 15°C. A água é líquida entre 0°C e 100°C, dependendo da pressão atmosférica. Procurámos no Google um gráfico do estado da água em função da pressão e da temperatura e descobrimos que a pressão tem de ser de pelo menos 1 MPa para que a água seja líquida. Na Terra, temos uma pressão de 1MPa a uma profundidade de 91,89 metros (incluindo a pressão atmosférica) e a 102,24 metros (sem pressão atmosférica). Além disso, a nossa pressão atmosférica é de 101.300 Pa com uma constante de gravitação de 9,81. Se o TOI-560 c tivesse a mesma atmosfera que a Terra, a pressão atmosférica seria de 163.464 Pa devido à sua gravitação 1,62 vezes mais forte. Isto foi calculado usando o raio e a massa do planeta (a massa foi especificada nas instruções). A partir do cálculo (ficheiro #5), concluímos que a atmosfera de TOI-560 c teria de ser 6,12 vezes maior ou mais densa do que a atmosfera da Terra para que houvesse água em estado líquido.
Volume e densidade
A última tarefa obrigatória era calcular a densidade do TOI-560 c. Utilizámos a fórmula ρ=M/V. Já sabíamos que a massa do planeta era aproximadamente 9,70 * a massa da Terra. Mas não sabíamos o volume. Usámos uma fórmula simples que assume que o planeta é perfeitamente redondo - 4/3*π*R3. Assim, sabíamos que o volume era de 1,6146 * 1023 km3. Depois calculámos que a densidade era de 3,587786, o que é 1,5 vezes menor do que a densidade da Terra (5,51). Mas é mais de duas vezes maior do que a densidade de Neptuno. Daqui podemos concluir que TOI-560 c não é um planeta gasoso, mas também não é de material pesado. A sua densidade é semelhante à densidade de Marte (3,93), pelo que é possível que tenha uma estrutura semelhante à de Marte. (Os cálculos estão anexados no ficheiro #3)
Vida
Quando terminámos as tarefas obrigatórias, decidimos voltar à questão da vida. Determinámos quatro categorias de condições para a presença de vida:
magnetosfera
água líquida
atmosfera (com oxigénio e ozono)
calor (temperatura) e luz
Com a informação atualmente disponível, os cientistas não podem ter a certeza se o TOI-560 c tem uma magnetosfera. Teria de ter um núcleo metálico. Como tem uma estrutura semelhante à de Marte, podemos assumir que isso não é provável. Se tivesse um núcleo metálico, o resto do planeta teria de ser feito de gás - para ser extremamente leve, de modo a corresponder à densidade média do planeta. No entanto, não podemos tirar quaisquer conclusões com certeza sobre este assunto.
Escrevemos sobre a água líquida no parágrafo anterior.
A primeira coisa que temos de saber em relação à atmosfera é se o TOI-560 c tem uma gravidade suficientemente forte para ser capaz de manter uma atmosfera. Supomos que sim, mas fizemos alguns cálculos para ter a certeza (estão anexados no ficheiro #6). A velocidade de fuga que tem de ter qualquer objeto que queira sair da superfície de TOI-560 c é de 22,25 km*s-1 e a molécula H2 tem uma velocidade de raiz quadrada média de 2.491,51 m*s-1 (ficheiro 7). A velocidade de fuga é muito maior do que a velocidade média quadrática, pelo que o TOI-560 c pode manter mesmo as moléculas H2 mais rápidas. Outro aspeto é o ozono O3 e o oxigénio O2. Com base nos dados disponíveis, não podemos descobrir nada sobre a estrutura da atmosfera hipotética. Mas o telescópio HARPS com o seu espetrógrafo é capaz de confirmar a existência da atmosfera e até detetar a sua estrutura.
A luz e o calor em TOI-560 c são fornecidos pela sua estrela TOI-560. De facto, TOI-560 é duas vezes maior do que o Sol. A luminosidade do Sol é de 3,827*1026 W e a luminosidade do TOI-560 é de 6,04429*1029 W. O fluxo espetral também depende da distância do objeto à estrela. E como a distância orbital do TOI-560 c à sua estrela é de cerca de 0,1249 UA, o fluxo espetral é de 13,681,47386 W*m-2, que é 10 vezes maior do que o fluxo espetral do Sol na Terra. (Os cálculos estão anexados no ficheiro #8)
A habitabilidade depende da distância orbital da estrela. Se a Terra estivesse demasiado perto ou demasiado longe do Sol, não poderia haver água líquida nem vida. Mas não sabemos até que ponto a temperatura do planeta é afetada pela atmosfera hipotética e até que ponto é afetada pela distância. No entanto, podemos calcular as zonas habitáveis e negligenciar a atmosfera.
TOI-560c Conclusões
Agora que sabemos mais sobre o planeta e as suas condições, podemos compará-lo com os planetas do sistema solar (gráficos no ficheiro #9). Em alguns aspectos, o planeta é semelhante aos planetas rochosos, mas noutros é semelhante aos gigantes gasosos. É realmente improvável que haja vida aqui por causa da alta temperatura e da pequena distância da estrela (há radiação da estrela). Seria útil ter mais informação sobre a estrutura do exoplaneta e a sua atmosfera, se tiver uma. O telescópio HARPS poderia fornecer informações valiosas sobre os diferentes aspectos da atmosfera.
Ficheiros de apoio:
