Projekt Galéria 2023
Študenti stredných škôl z celej Európy sa v spolupráci s ESA stali detektívmi exoplanét a pomocou údajov zo satelitu Cheops odhalili záhady dvoch exoplanét: KELT-3b a TOI-560c.
Preskúmajte nižšie uvedené projekty.
C/2022 E3 ZTF
Víťaz ceny za najlepší projekt
Gymnázium Na Vítěznej pláni Praha - Praha Česká republika 18 rokov, 17 rokov 2 / 2
https://hacktoi560c.blogspot.com/
TOI-560c
Opis projektu TOI-560c:
Sme dvaja tínedžeri na strednej škole a rozhodli sme sa zapojiť do pražského Hackathonu, pretože sa obaja zaujímame o astronómiu a vesmír a tento projekt sa nám zdal byť naozaj pekný a dobrou príležitosťou.
Hackathon sa konal v pražskom planetáriu a trval 24 hodín, počas ktorých sme analyzovali údaje o exoplanéte TOI-560 c. Vytvárali sme hypotézy, hľadali ďalšie údaje o exoplanéte, počítali a overovali naše hypotézy. Zúčastnilo sa jej dvanásť tímov z celej Českej republiky a organizátori, ktorí nám boli pripravení pomôcť.
TOI-560c Výsledky a analýza
Zisťovali sme základné fakty o exoplanéte TOI-560 c, ako je polomer, hustota, vzdialenosť od hviezdy atď.
Keď sme sa o exoplanéte dozvedeli viac, zamerali sme sa na otázku, či na nej môže byť život. Skúmali sme, či by si TOI-560 c mohla udržať atmosféru, ak by ju mala. A zamerali sme sa aj na vlastnosti jej hviezdy, napríklad na jej svietivosť a spektrálny tok, aby sme zistili viac o podmienkach na planéte.
Bola to vzrušujúca skúsenosť a v nasledujúcich odsekoch by sme chceli predstaviť našu cestu a závery.
Prvých päť výpočtov boli povinné úlohy, ostatné sme si vymysleli sami.
Hĺbka tranzitu
Na začiatku sme dostali údaje s percentuálnymi hodnotami svetla prichádzajúceho z hviezdy TOI-560 počas prechodu exoplanéty, ktoré zaznamenala družica Cheops. Pomocou parametrov polomeru planéty a času v polovici tranzitu (polomer hviezdy sme už poznali) sme v programe Allesfitter vytvorili približnú krivku rozpadu svietivosti. Tým sme získali aj približný polomer exoplanéty. Program vyhodnotil našu krivku a určil, nakoľko sme boli presní, a dostali sme reálnu hodnotu na porovnanie. Výsledkom bolo, že náš odhad hĺbky tranzitu mal oproti Allesfitteru odchýlku 2,6%. Program nám poskytol aj ďalšie informácie, napríklad obežnú dobu. (Svetelná krivka a histogramy sú priložené v súbore #1 a #2).
Polomer
Na výpočet polomeru planéty sme použili tranzitnú hĺbku. Výsledok tohto výpočtu nám dal polomer 15 679,25137 km. (Celý výpočet je priložený v súbore #3.)
Orbitálna perióda
Ďalšou úlohou bolo odpovedať na otázku, kedy nastane ďalší prechod planéty okolo jej hviezdy. Pri tomto výpočte sme predpokladali, že 23. januára o 13:12, keď Cheops pozoroval TOI-560, bol začiatok tranzitu. Keďže obežná doba trvá 18,8797 dňa, vypočítali sme, že ďalší tranzit nastane v piatok 23. júna o 14:06, čo je presne 12,0376 dňa od dátumu, keď sme robili výpočty (nedeľa 11. júna).
Orbitálna vzdialenosť
Na výpočet obežnej vzdialenosti TOI-560 c od jeho hviezdy sme použili vzorec, ktorý vychádza z tretieho Keplerovho zákona. Tento vzorec a celý postup výpočtu nájdete v prílohe vo štvrtom súbore. Výsledok výpočtu nám dal vzdialenosť 3 586 728 628 km.
Tekutá voda
Potom sme sa zamerali na otázky teploty, tekutej vody a obývateľnosti exoplanéty. Mali sme informácie, že teplota je 225 ± 15 °C. Voda je tekutá v rozmedzí od 0 °C do 100 °C v závislosti od atmosférického tlaku. Na Googli sme vyhľadali graf stavu vody v závislosti od tlaku a teploty a zistili sme, že tlak musí byť aspoň 1 MPa, aby bola voda kvapalná. Na Zemi máme tlak 1 MPa v hĺbke 91,89 metra (vrátane atmosférického tlaku) a v hĺbke 102,24 metra (bez atmosférického tlaku). Aj náš atmosférický tlak je 101 300 Pa s gravitačnou konštantou 9,81. Ak by TOI-560 c mala rovnakú atmosféru ako Zem, atmosférický tlak by bol 163 464 Pa v dôsledku jej 1,62-krát silnejšej gravitácie. Toto sme vypočítali pomocou polomeru a hmotnosti planéty (hmotnosť bola uvedená v návode). Z výpočtu (súbor #5) sme dospeli k záveru, že atmosféra TOI-560 c by musela byť 6,12-krát väčšia alebo hustejšia ako atmosféra Zeme, aby v nej bola voda v kvapalnom skupenstve.
Objem a hustota
Poslednou povinnou úlohou bolo vypočítať hustotu TOI-560 c. Použili sme vzorec ρ=M/V. Už sme vedeli, že hmotnosť planéty je približne 9,70 * hmotnosti Zeme. Nevedeli sme však, aký má objem. Použili sme jednoduchý vzorec, ktorý predpokladá, že planéta je dokonale guľatá - 4/3*π*R3. Takže sme vedeli, že objem je 1,6146 * 1023 km3. Potom sme vypočítali, že hustota je 3,587786, čo je 1,5-krát menej ako hustota Zeme (5,51). Je však viac ako dvakrát väčšia ako hustota Neptúna. Z toho môžeme usúdiť, že TOI-560 c nie je plynná planéta, ale nie je ani z ťažkého materiálu. Jej hustota je podobná hustote Marsu (3,93), takže je možné, že má podobnú štruktúru ako Mars. (Výpočty sú priložené v súbore #3)
Život
Keď sme dokončili povinné úlohy, rozhodli sme sa vrátiť k otázke života. Určili sme štyri kategórie podmienok prítomnosti života:
magnetosféra
kvapalná voda
atmosféra (s kyslíkom a ozónom)
teplo (teplota) a svetlo
Na základe dostupných informácií si vedci nemôžu byť istí, či má TOI-560 c magnetosféru. Musel by mať kovové jadro. Keďže má podobnú štruktúru ako Mars, môžeme predpokladať, že to nie je pravdepodobné. Ak by mala kovové jadro, zvyšok planéty by musel byť tvorený plynom - byť extrémne ľahký, aby zodpovedal priemernej hustote planéty. V tejto veci však nemôžeme robiť žiadne isté závery.
O kvapalnej vode sme písali v predchádzajúcom odseku.
Prvá vec, ktorú musíme vedieť v súvislosti s atmosférou, je, či má TOI-560 c dostatočne silnú gravitáciu na to, aby si dokázala udržať atmosféru. Predpokladali sme, že áno, ale pre istotu sme urobili niekoľko výpočtov (sú priložené v súbore #6). Úniková rýchlosť, ktorú musí mať každý objekt, ktorý chce opustiť povrch TOI-560 c, je 22,25 km*s-1 a molekula H2 má strednú kvadratickú rýchlosť 2 491,51 m*s-1 (súbor 7). Úniková rýchlosť je oveľa väčšia ako odmocnina zo strednej kvadratickej rýchlosti, takže TOI-560 c dokáže udržať aj najrýchlejšie molekuly H2. Ďalšou vecou je ozón O3 a kyslík O2. Na základe dostupných údajov nemôžeme zistiť nič o štruktúre hypotetickej atmosféry. Ale teleskop HARPS so svojím spektrografom dokáže potvrdiť existenciu atmosféry a dokonca zistiť jej štruktúru.
Svetlo a teplo na zariadení TOI-560 c sú dodávané z jeho hviezdy TOI-560. TOI-560 je v skutočnosti dvakrát väčšia ako Slnko. Svietivosť Slnka je 3,827*1026 W a svietivosť TOI-560 je 6,04429*1029 W. Spektrálny tok závisí aj od vzdialenosti objektu od hviezdy. A keďže orbitálna vzdialenosť TOI-560 c od svojej hviezdy je približne 0,1249 AU, spektrálny tok je 13 681 47386 W*m-2, čo je 10-krát viac ako spektrálny tok Slnka na Zemi. (Výpočty sú priložené v súbore #8)
Obyvateľnosť závisí od vzdialenosti obežnej dráhy od hviezdy. Ak by bola Zem príliš blízko alebo príliš ďaleko od Slnka, nemohla by na nej vôbec existovať tekutá voda a život. Nevieme však, nakoľko je teplota planéty ovplyvnená hypotetickou atmosférou a nakoľko vzdialenosťou. Môžeme však vypočítať obývateľné zóny a zanedbať atmosféru.
TOI-560c Závery
Teraz vieme viac o planéte a jej podmienkach, môžeme ju porovnať s planétami slnečnej sústavy (grafy v súbore #9). V niektorých aspektoch je planéta podobná kamenným planétam, ale v iných plynným obrom. Je naozaj nepravdepodobné, že by tu mohol existovať život kvôli vysokej teplote a malej vzdialenosti od hviezdy (z hviezdy sem vyžaruje žiarenie). Bolo by užitočné mať viac informácií o štruktúre exoplanéty a jej atmosfére, ak ju má. Teleskop HARPS by mohol poskytnúť cenné informácie týkajúce sa rôznych aspektov atmosféry.
Sprievodné súbory:
