Galerija projektov 2023

Exoti

Evangelická Akademie Praha  Praga -    Češka republika 17 let, 15 let   4 / 2

TOI-560c

Opis projekta TOI-560c:

To delo se osredotoča na eksoplanet TOI-560 c (imenovan mini Neptun ali superzemlja), enega od dveh eksoplanetov, ki krožita okoli pritlikave zvezde tipa K TOI-560. Opazovan je bil s tranzitno metodo z vesoljskim teleskopom CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Cilj naše raziskave je bil izračunati temeljne lastnosti tega eksoplaneta, vključno z njegovim polmerom, maso, orbitalno razdaljo, orbitalno periodo, gostoto in povprečno temperaturo. Na podlagi teh ugotovitev je namen dela ugotoviti, ali ta eksoplanet izpolnjuje pogoje, potrebne za obstoj življenja, podobnega življenju na Zemlji. Na podlagi razpoložljivih informacij se zdi obstoj življenja, podobnega Zemljinemu, na TOI-560 c malo verjeten.

Za izračun polmera eksoplaneta TOI-560 c se uporablja tranzitna metoda, ki vključuje opazovanje prehoda planeta pred njegovo gostiteljsko zvezdo. Določi se povprečni polmer planeta v primerjavi s polmerom Zemlje. Povprečna orbitalna razdalja in orbitalna perioda sta bili izračunani z uporabo Keplerjevih zakonov. Gostota eksoplaneta TOI-560 c je bila pridobljena iz vrednosti prostornine in mase na podlagi ocenjenega polmera.

Rezultati kažejo, da ima eksoplanet TOI-560 c približno 2,37-krat večji polmer od Zemljinega, približno 9,7-krat večjo maso od Zemljine, srednjo orbitalno razdaljo približno 0,124 AU in orbitalno periodo približno 18,88 dni. Ocenjena gostota eksoplaneta je približno 4,004 g/cm3, povprečna temperatura pa je ocenjena na 225 °C.

TOI-560c Rezultati in analiza

1. Analiza podatkov
Cilj analize je določiti polmer eksoplaneta TOI-560 c, njegovo obhodno obdobje, oddaljenost od zvezde in gostoto. Metode izračunov so podane v naslednjih razdelkih.
3.1. Polmer TOI-560 c
Za določitev polmera planeta je bilo treba poznati globino tranzita (tj. odstotek zmanjšanja svetlosti zvezde TOI-560, ko se je planet TOI-560 c nahajal med opazovalcem in njegovo zvezdo). V naših izračunih je bila ta vrednost ocenjena na 0,2%.

Nato se analiza nadaljuje s formulo:

(1.1)

R pomeni polmer, p pomeni eksoplanet (TOI-560 c), s pa njegovo zvezdo (TOI-560).

Sledi sprememba formule za izračun polmera:

(1.2)

Znane vrednosti se vstavijo v formulo (3.2.):

Sledijo naslednji izračuni polmera.

 

 

 

 
(1.3)

Slika 2: Svetlobna krivulja tranzitne točke TOI-560 c [[1]]

Zaradi nenatančne ocene odstotka tranzitne globine pa se je naš rezultat Zaradi nenatančne ocene odstotka tranzitne globine se je naš rezultat izkazal za nekoliko višjega, kot je dejansko bil. Glede na vrednosti, pridobljene v programu Allesfitter, smo naš rezultat prilagodili na REarth, ta vrednost pa je uporabljena kot osnova za nadaljnje izračune.

3.2. Obhodna doba

Za izračun orbitalne periode je bilo treba poznati gravitacijsko konstanto (G) in maso Sonca (MS).

Obe vrednosti smo našli na spletni strani Hack an Exoplanet[[1]]. Vrednosti, ki smo jih uporabili, so naslednje:

(1.4)

 

 
(1.5)

Iz vrednosti, pridobljenih s programom Allesfitter, je bila določena orbitalna perioda TOI-560 c (18,8797 dneva). Za nadaljnje izračune se ta vrednost pretvori v sekunde (1631206,082 s).

Te vrednosti so bile nato uporabljene v formuli

(1.6)

kjer d predstavlja orbitalno razdaljo.

Delo s formulo je potekalo na naslednji način:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Slika 3: Model tirnice TOI-560 c okoli zvezde TOI-560 (modra pika v rumenem pravokotniku predstavlja TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

Iz izračunov izhaja, da je rezultat 0,124 AU, kar je manjša razdalja v primerjavi z razdaljo Zemlje od Sonca (1 AU). Primerjava vrednosti, povezanih s TOI-560 c, z vrednostmi, povezanimi s planeti v Osončju, bo obravnavana v poznejšem delu študije. Na tej točki je primerno omeniti, da lahko na podlagi orbitalne periode in oddaljenosti od gostiteljske zvezde sklepamo, da je TOI-560 c zelo blizu svoje zvezde in da se ne nahaja v bivalnem območju (slika 3).
3.3. Temperatura
Povprečna temperatura na TOI-560 c je bila določena na podlagi razpoložljivih podatkov, pridobljenih s teleskopom CHEOPS, ki so navedeni na spletni strani Hack an Exoplanet [[2]]. Povprečna temperatura na TOI-560 c je približno 225 °C. To znatno presega temperature skoraj vseh planetov v Osončju, morda z izjemo Venere, kjer povprečna temperatura dosega vrednosti okoli 565 °C. Temperatura na TOI-560 c je blizu temperaturi Merkurja, kjer povprečna temperatura dosega 167 °C. Takšna temperatura je negostoljubna za življenje, podobno tistemu na Zemlji, saj se povprečna temperatura na Zemlji giblje okoli 17 °C. Poleg tega temperatura, ki smo jo določili za TOI-560 c, presega vrelišče vode (125 °C). Ključni dejavnik je atmosferski tlak. Temperatura vrelišča snovi ni odvisna le od njene temperature, temveč tudi od tlaka, ki deluje na snov. Na Zemlji je na ravni morja atmosferski tlak približno 1 atmosfera, kar omogoča, da voda vre pri 100 °C. Na TOI-560 c pa so atmosferski pogoji in sestava bistveno drugačni. Če je atmosferski tlak bistveno višji kot na Zemlji, bi voda za dosego vrelišča potrebovala višjo temperaturo. Temperatura vrelišča snovi je temperatura, pri kateri je njen parni tlak enak zunanjemu tlaku, ki deluje na snov. Če je zunanji tlak višji, kot bi lahko bil na TOI-560 c, bi bilo vrelišče vode ustrezno višje.

To predstavlja velik izziv za nastanek življenja, podobnega tistemu na Zemlji.

Kljub temu ta ugotovitev ni povsem dokončna ali prepričljiva. Kljub negostoljubnim razmeram na površju planeta obstaja možnost, da tekoča voda obstaja v obliki podpovršinskih oceanov ali globokih rezervoarjev. Visoka gostota (glej 3.4. Gostota) planeta TOI-560 c bi lahko kazala na prisotnost znatne količine vode, ki je zaklenjena pod njegovim skalnatim površjem.

 

Slika 4: Podatki (temperatura) s spletne strani Hack an exoplanet [1]

3.4. Gostota
Za izračun gostote planeta je bilo treba določiti njegovo prostornino. Prostornina se izračuna po formuli

(1.11)

kjer RP predstavlja polmer TOI-560 c.

RP =2,37 smo pomnožili z REarth = 6378 km, da bi ga pretvorili v osnovne enote. Iz tega smo dobili vrednost Rp.

(1.12)

To vrednost vstavimo v zgoraj omenjeno formulo (3.11),

(1.13)

 

Takrat je bila formula videti takole:

(1.14)

Vrednost prostornine se nato vstavi v formulo za izračun gostote,

(1.15)

kjer 𝜌 predstavlja gostoto, M predstavlja maso, V predstavlja prostornino in p predstavlja eksoplanet (TOI-560 c).

Izračun je potekal v skladu z (3.14), kot sledi:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Rezultati
Preglednica 1: Rezultati študije

Ime
TOI-560 c

Radij
2.378 Zemlja

Orbitalna razdalja
0,124 AU

Orbitalna doba
18,8797 dni

Gostota
4,004 g/cm3

Povprečna temperatura
225 stopinj Celzija

 

 

 

 

 

 

 

 

Na podlagi podatkov o eksoplanetu TOI-560 c lahko predlagamo hipoteze o njegovem videzu in morebitni naseljenosti.

 

Hipoteza 1: Glede na povprečno temperaturo 225 stopinj Celzija je v TOI-560 c verjetno sovražno okolje z izjemno vročino. Visoke temperature kažejo na to, da na njej ni Zemlji podobne atmosfere, ki bi omogočala življenje, kot ga poznamo. Namesto tega ima morda pretežno gosto in gosto ozračje, sestavljeno iz toplogrednih plinov, kar povzroča znaten učinek tople grede. To bi lahko povzročilo učinek tople grede, zaradi česar bi se temperature na površju dvignile na raven, neprimerno za življenje.
Hipoteza 2: Gostota TOI-560 c, ocenjena na 4,004 g/cm3, kaže na visoko koncentracijo težkih elementov ali kamnitih materialov. Možno je, da ima eksoplanet kamnito sestavo, podobno zemeljskim planetom v našem Osončju. Za površje so lahko značilni razgiban teren, kamnite tvorbe in potencialno aktivni geološki procesi. Vendar je zaradi ekstremnih temperatur malo verjetno, da bi na površini planeta obstajala tekoča voda.
Hipoteza 3: Kljub negostoljubnim razmeram na površju planeta obstaja možnost, da obstaja tekoča voda v obliki podpovršinskih oceanov ali globokih rezervoarjev. Visoka gostota planeta TOI-560 c bi lahko kazala na prisotnost znatne količine vode, ki je zaklenjena pod njegovim skalnatim površjem. Mogoče je, da bi lahko ti podpovršinski oceani, če so izpolnjeni določeni pogoji, kot sta geotermalna aktivnost in izolacija, predstavljali potencialno življenjsko okolje za mikrobne oblike življenja, prilagojene ekstremnim okoljem. Ti organizmi bi lahko uspevali v okoljih, podobnih zemeljskim globokomorskim hidrotermalnim vrelcem ali podpovršinskim habitatom.

[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 Sklepi

Na podlagi predloženih informacij so bile sprejete naslednje ugotovitve:

Eksoplanet TOI-560 c ima 2,378-krat večji polmer od polmera Zemlje (REarth). To nakazuje, da je TOI-560 c v primerjavi z Zemljo večji. To je tudi razlog, zakaj TOI-560 c včasih imenujejo "superzemlja". Vendar pa je polmer TOI-560 c veliko bližje polmeru Neptuna (3,88 REarth). Tudi zato v naši študijski skupini ne nasprotujemo poimenovanju "mini Neptun".
TOI-560 c se nahaja na povprečni razdalji 124 astronomskih enot (AU) od svoje gostiteljske zvezde. To pomeni, da v planetarnem sistemu kroži relativno blizu svoje zvezde. Za primerjavo: TOI-560 c ima podobno orbitalno razdaljo kot Merkur (0,39 AU) ali Venera (0,72 AU). Zato lahko z gotovostjo trdimo, da se glede na obe lastnosti njene gostiteljske zvezde ne nahaja v bivalnem območju.
Gostota: Gostota TOI-560 c je 004 (g/cm3) in ima relativno visoko gostoto. To nakazuje, da je eksoplanet verjetno sestavljen iz gostih snovi, morda tudi težkih elementov.
Povprečna temperatura: Povprečna temperatura na TOI-560 c je približno 225 °C. Ta temperatura je precej višja od povprečne temperature na Zemlji.

 

Na podlagi predloženih podatkov so bile podane vrednosti polmera, prostornine, gostote, temperature, orbitalne razdalje in periode za eksoplanet TOI-560 c. Zdi se, da gre za sovražno okolje z ekstremnimi temperaturami in negostoljubno površino. Vendar ni mogoče povsem izključiti prisotnosti podpovršinskih vodnih rezervoarjev ali oceanov, ki bi lahko predstavljali nišo za ekstremnofilne oblike življenja. Za potrditev teh hipotez in določitev dejanske naseljenosti TOI-560 c bi bile potrebne nadaljnje znanstvene raziskave, vključno z opazovanji in meritvami.

Vsi projekti