Galeria de proiecte 2023

Exoti

Evangelická Akademie Praha  Praha -    Republica Cehă 17 ani, 15 ani   4 / 2

TOI-560c

Descrierea proiectului TOI-560c:

Această lucrare se concentrează asupra exoplanetei TOI-560 c (denumită mini-Neptun sau super-Pământ), una dintre cele două exoplanete care orbitează în jurul stelei pitice de tip K TOI-560, care a fost observată prin metoda tranzitului cu ajutorul telescopului spațial CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Obiectivul cercetării noastre a fost de a calcula proprietățile fundamentale ale acestei exoplanete, inclusiv raza, masa, distanța orbitală, perioada orbitală, densitatea și temperatura medie. Pe baza acestor rezultate, lucrarea are ca scop să determine dacă această exoplanetă îndeplinește condițiile necesare pentru existența vieții similare celei de pe Pământ. Pe baza informațiilor disponibile, existența unei vieți similare celei de pe Pământ pe TOI-560 c este considerată puțin probabilă.

Pentru a calcula raza exoplanetei TOI-560 c, este utilizată metoda tranzitului, care presupune observarea trecerii planetei prin fața stelei sale gazdă. Se determină raza medie a planetei în comparație cu raza Pământului. Distanța orbitală medie și perioada orbitală au fost calculate folosind legile lui Kepler. Densitatea exoplanetei TOI-560 c a fost obținută din valorile volumului și masei pe baza razei estimate.

Rezultatele indică faptul că exoplaneta TOI-560 c are o rază de aproximativ 2,37 ori mai mare decât raza Pământului, o masă de aproximativ 9,7 ori mai mare decât cea a Pământului, o distanță orbitală medie de aproximativ 0,124 UA și o perioadă orbitală de aproximativ 18,88 zile. Densitatea estimată a exoplanetei este de aproximativ 4,004 g/cm3, iar temperatura medie este estimată la 225°C.

Rezultatele și analiza TOI-560c

1. Analiza datelor
Scopul analizei este de a determina raza exoplanetei TOI-560 c, perioada sa orbitală, distanța față de steaua sa și densitatea sa. Metodele de calcul sunt prezentate în secțiunile următoare.
3.1. Raza de TOI-560 c
Pentru a determina raza planetei, a fost necesar să se cunoască adâncimea tranzitului (adică scăderea procentuală a luminozității stelei TOI-560 atunci când planeta TOI-560 c se afla între observator și steaua sa). În calculele noastre, aceasta a fost estimată la 0,2%.

Ulterior, analiza se continuă cu formula:

(1.1)

R reprezintă raza; p reprezintă exoplaneta (TOI-560 c) și s reprezintă steaua acesteia (TOI-560).

În cele ce urmează se modifică formula de calcul a razei:

(1.2)

Valorile cunoscute se înlocuiesc în formula (3.2.):

Calculele razei sunt următoarele.

 

 

 

 
(1.3)

Figura 2: Curba de lumină a tranzitului TOI-560 c [[1]]

Din cauza estimării imprecise a procentajului de adâncime de tranzit, rezultatul nostru s-a dovedit a fi puțin mai mare decât a fost în realitate. Referindu-ne la valorile obținute în programul Allesfitter, am ajustat rezultatul nostru la REarth, iar această valoare este folosită ca bază pentru calculele ulterioare.

3.2. Perioada orbitală

Pentru calcularea perioadei orbitale, a fost necesar să se cunoască constanta gravitațională (G) și masa Soarelui (MS).

Am găsit ambele valori pe site-ul Hack an Exoplanet[[1]]. Valorile cu care am lucrat sunt următoarele:

(1.4)

 

 
(1.5)

Din valorile obținute din programul Allesfitter, a fost determinată perioada orbitală a TOI-560 c (18,8797 zile). Pentru calculele ulterioare, această valoare în secunde (1631206,082 s) este convertită în secunde (1631206,082 s).

Aceste valori au fost apoi utilizate în formula

(1.6)

unde d reprezintă distanța orbitală.

Lucrul cu formula a decurs după cum urmează:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Figura 3: Modelul orbitei lui TOI-560 c în jurul stelei TOI-560 (punctul albastru din dreptunghiul galben reprezintă TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

Din calcule, rezultă un rezultat de 0,124 UA, care este o distanță mai mică în comparație cu distanța Pământului față de Soare (1 UA). Comparația valorilor legate de TOI-560 c cu cele legate de planetele din Sistemul Solar va fi abordată într-o parte ulterioară a studiului. În acest moment, este oportun să menționăm că, pe baza perioadei orbitale și a distanței față de steaua gazdă, se poate deduce că TOI-560 c este foarte aproape de steaua sa și nu se află în zona locuibilă (Figura 3).
3.3. Temperatura
Temperatura medie pe TOI-560 c a fost determinată din datele disponibile obținute de telescopul CHEOPS, așa cum sunt furnizate pe site-ul Hack an Exoplanet [[2]]. Temperatura medie pe TOI-560 c este de aproximativ 225°C. Acest lucru depășește semnificativ temperaturile aproape tuturor planetelor din Sistemul Solar, cu posibila excepție a planetei Venus, unde temperatura medie atinge valori de aproximativ 565°C. Temperatura de pe TOI-560 c este apropiată de cea de pe Mercur, unde temperatura medie ajunge până la 167°C. O astfel de temperatură este inospitalieră pentru o viață similară cu cea de pe Pământ, deoarece temperatura medie pe Pământ se situează în jurul valorii de 17°C. În plus, temperatura pe care am determinat-o pentru TOI-560 c depășește punctul de fierbere al apei (125°C). Un factor crucial este presiunea atmosferică. Punctul de fierbere al unei substanțe depinde nu numai de temperatura acesteia, ci și de presiunea exercitată asupra ei. Pe Pământ, la nivelul mării, presiunea atmosferică este de aproximativ 1 atmosferă, ceea ce permite apei să fiarbă la 100°C. Pe TOI-560 c, însă, condițiile atmosferice și compoziția sunt substanțial diferite. Dacă presiunea atmosferică este semnificativ mai mare decât pe Pământ, apa ar avea nevoie de o temperatură mai mare pentru a atinge punctul de fierbere. Punctul de fierbere al unei substanțe este temperatura la care presiunea de vapori este egală cu presiunea externă care acționează asupra acesteia. Dacă presiunea externă este mai mare, așa cum ar putea fi cazul pe TOI-560 c, punctul de fierbere al apei ar fi în mod corespunzător mai mare.

Acest lucru reprezintă o provocare semnificativă pentru apariția vieții asemănătoare celei de pe Pământ.

Cu toate acestea, această concluzie nu este în întregime definitivă sau concludentă. În ciuda condițiilor inospitaliere de la suprafața planetei, există posibilitatea ca apa lichidă să existe sub forma unor oceane subterane sau a unor rezervoare de adâncime. Densitatea ridicată (a se vedea 3.4. Densitatea) a planetei TOI-560 c ar putea indica prezența unei cantități semnificative de apă blocată sub suprafața sa stâncoasă.

 

Figura 4: Date (temperatură) de pe site-ul Hack an exoplanet [1]

3.4. Densitate
Pentru a calcula densitatea planetei, a fost necesar să se determine volumul acesteia. Volumul se calculează cu ajutorul formulei

(1.11)

în care RP reprezintă raza TOI-560 c.

Am înmulțit RP = 2,37 cu REarth = 6378 km pentru a o converti în unități de bază. De aici am obținut valoarea Rp.

(1.12)

Am înlocuit această valoare în formula menționată anterior (3.11),

(1.13)

 

Formula arăta astfel:

(1.14)

Valoarea volumului a fost apoi substituită în formula de calcul a densității,

(1.15)

unde 𝜌 reprezintă densitatea, M reprezintă masa, V reprezintă volumul și p reprezintă exoplaneta (TOI-560 c).

Calculul a fost efectuat în conformitate cu (3.14) după cum urmează:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Rezultate
Tabelul 1: Rezultatele studiului

Nume
TOI-560 c

Radius
2.378 REarth

Distanța orbitală
0,124 UA

Perioada orbitală
18.8797 zile

Densitate
4,004 g/cm3

Temperatura medie
225 grade Celsius

 

 

 

 

 

 

 

 

Pe baza informațiilor furnizate despre exoplaneta TOI-560 c, se pot propune ipoteze privind aspectul și posibila locuibilitate a acesteia.

 

Ipoteza 1: Având în vedere temperatura medie de 225 de grade Celsius, este probabil ca TOI-560 c să aibă un mediu ostil cu căldură extremă. Temperaturile ridicate sugerează absența unei atmosfere asemănătoare cu cea a Pământului, capabilă să susțină viața așa cum o cunoaștem noi. În schimb, este posibil să aibă o atmosferă predominant groasă și densă, compusă din gaze cu efect de seră, ceea ce duce la un efect de seră semnificativ. Acest lucru ar putea duce la un efect de seră de fugă, ceea ce ar putea duce la creșterea temperaturilor la suprafață până la niveluri nelocuibile.
Ipoteza 2: Densitatea lui TOI-560 c, estimată la 4,004 g/cm3, sugerează o concentrație mare de elemente grele sau materiale stâncoase. Este posibil ca exoplaneta să aibă o compoziție stâncoasă similară cu cea a planetelor terestre din sistemul nostru solar. Este posibil ca suprafața să fie caracterizată de un teren accidentat, formațiuni stâncoase și procese geologice potențial active. Cu toate acestea, temperaturile extreme fac puțin probabilă existența apei lichide la suprafața planetei.
Ipoteza 3: În ciuda condițiilor inospitaliere de la suprafața planetei, există posibilitatea ca apa lichidă să existe sub formă de oceane subterane sau rezervoare de adâncime. Densitatea mare a planetei TOI-560 c ar putea indica prezența unei cantități semnificative de apă blocată sub suprafața sa stâncoasă. Este de imaginat că, dacă sunt îndeplinite anumite condiții, cum ar fi activitatea geotermală și izolarea, aceste oceane subterane ar putea oferi un potențial habitat pentru forme de viață microbiană adaptate la medii extreme. Aceste organisme ar putea prospera în medii asemănătoare cu cele ale fântânilor hidrotermale din adâncurile Pământului sau cu habitatele subterane.

[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 Concluzii

Pe baza informațiilor furnizate, se obțin următoarele concluzii:

Exoplaneta TOI-560 c are o rază de 2,378 ori mai mare decât raza Pământului (REarth). Acest lucru sugerează că TOI-560 c are dimensiuni mai mari în comparație cu Pământul. Acesta este, de asemenea, motivul pentru care TOI-560 c este denumită uneori "Super-Pământ". Cu toate acestea, raza lui TOI-560 c este mult mai apropiată de raza lui Neptun (3,88 REteră). Acesta este, de asemenea, motivul pentru care nu ne opunem denumirii de "Mini-Neptun" în cadrul grupului nostru de studiu.
TOI-560 c este situat la o distanță medie de 124 de unități astronomice (UA) față de steaua sa gazdă. Acest lucru indică faptul că orbitează relativ aproape de steaua sa în cadrul sistemului planetar. Pentru referință, TOI-560 c are o distanță orbitală similară cu cea a planetei Mercur (0,39 UA) sau Venus (0,72 UA). Prin urmare, putem afirma cu încredere că nu se află în zona locuibilă, având în vedere ambele proprietăți ale stelei sale gazdă.
Densitate: Cu o densitate de 004 (g/cm3), TOI-560 c are o densitate relativ mare. Acest lucru sugerează că exoplaneta este probabil compusă din materiale dense, incluzând probabil elemente grele.
Temperatura medie: Temperatura medie pe TOI-560 c este de aproximativ 225 °C. Această temperatură este semnificativ mai mare decât temperatura medie de pe Pământ.

 

Pe baza datelor furnizate, au fost furnizate valorile razei, volumului, densității, temperaturii, distanței orbitale și perioadei pentru exoplaneta TOI-560 c. Se pare că este un mediu ostil, cu temperaturi extreme și o suprafață inospitalieră. Cu toate acestea, prezența unor rezervoare de apă sau a unor oceane în subsol nu poate fi exclusă în totalitate, ceea ce ar putea oferi o nișă pentru formele de viață extremofile. Pentru a valida aceste ipoteze și pentru a determina habitabilitatea reală a TOI-560 c, ar fi necesare investigații științifice suplimentare, inclusiv observații și măsurători, pentru a valida aceste ipoteze și pentru a determina habitabilitatea reală a TOI-560 c.

Toate proiectele