Projektgalleri 2023
Gymnasieelever från hela Europa blev exoplanetdetektiver med ESA och använde Cheops satellitdata för att avslöja mysterierna med två exoplanetmål: KELT-3b och TOI-560c.
Utforska projekten nedan.
C/2022 E3 ZTF
Vinnare av priset för bästa projekt
Gymnázium Na Vítězné pláni Prag - Prag Tjeckien 18 år gammal, 17 år gammal 2 / 2
TOI-560c
Projektbeskrivning för TOI-560c:
Vi är två tonåringar som går i gymnasiet och vi bestämde oss för att delta i Prague Hackathon eftersom vi båda är intresserade av astronomi och rymden, och detta såg ut som ett riktigt trevligt projekt och en bra möjlighet.
Hackathonet ägde rum i Prags planetarium och varade i 24 timmar under vilka vi analyserade data om exoplaneten TOI-560 c. Vi ställde upp hypoteser, sökte efter mer data om exoplaneten och räknade och verifierade våra hypoteser. Det fanns tolv lag från hela Tjeckien och arrangörer som var beredda att hjälpa oss.
TOI-560c Resultat och analys
Vi undersökte grundläggande fakta om exoplaneten TOI-560 c såsom radie, densitet, avstånd från dess stjärna etc.
När vi visste mer om exoplaneten fokuserade vi på frågan om det kunde finnas liv på den eller inte. Vi undersökte om TOI-560 c kunde upprätthålla en atmosfär om den hade en. Vi fokuserade också på egenskaper hos dess stjärna, till exempel dess ljusstyrka och spektrala flöde, för att ta reda på mer om förhållandena på planeten.
Det var en spännande upplevelse och vi skulle vilja presentera vår resa och våra slutsatser i styckena nedan.
De första fem beräkningarna var obligatoriska uppgifter, de övriga hittade vi på själva.
Djup genomfart
I början fick vi data med procentvärden av ljus som kommer från stjärnan TOI-560 under exoplanetens transit som registrerats av Cheops-satelliten. Med hjälp av parametrarna för planetens radie och tid i mitten av passagen (vi visste redan stjärnans radie) skapade vi en ungefärlig avklingningskurva för ljusstyrkan i programmet Allesfitter. Detta gav oss också den ungefärliga radien för exoplaneten. Programmet utvärderade vår kurva och bestämde hur exakt vi var och vi fick ett verkligt värde att jämföra med. Som ett resultat såg vi att vår uppskattning av transitdjupet hade en avvikelse på 2,6% från Allesfitter. Programmet gav oss också lite mer information, till exempel omloppstiden. (Ljuskurvan och histogrammen finns bifogade i filerna #1 och #2).
Radie
Vi använde transitdjupet för att räkna planetens radie. Resultatet av denna beräkning gav oss en radie på 15 679,25137 kilometer. (Hela beräkningen är bifogad i fil #3.)
Omloppstid
Nästa uppgift var att svara på frågan om när nästa passage av planeten runt sin stjärna kommer att ske. För denna beräkning antog vi att den 23 januari kl. 13:12 när Cheops observerade TOI-560 var starten på transiten. Eftersom omloppstiden är 18,8797 dagar beräknade vi att nästa passage kommer att ske fredagen den 23 juni kl. 14:06, vilket är exakt 12,0376 dagar från det datum då vi gjorde beräkningarna (söndagen den 11 juni).
Avstånd till omloppsbana
För att beräkna omloppsavståndet för TOI-560 c från dess stjärna använde vi en formel som baserades på Keplers tredje lag. Du kan hitta denna formel och hela beräkningsprocessen bifogad i den fjärde filen. Resultatet av beräkningen gav oss ett avstånd på 3 586 728 628 km.
Flytande vatten
Efter detta fokuserade vi på frågorna om temperatur, flytande vatten och exoplanetens beboelighet. Vi hade information om att temperaturen var 225 ± 15°C. Vatten är flytande mellan 0°C och 100°C, beroende på det atmosfäriska trycket. Vi sökte på Google efter en graf över vattnets tillstånd som en funktion av tryck och temperatur och vi fick reda på att trycket måste vara minst 1 MPa för att vattnet ska vara flytande. På jorden har vi ett tryck på 1 MPa på 91,89 meters djup (inklusive atmosfärstryck) och på 102,24 meters djup (utan atmosfärstryck). Dessutom är vårt atmosfärstryck 101 300 Pa med en gravitationskonstant på 9,81. Om TOI-560 c hade samma atmosfär som jorden skulle det atmosfäriska trycket vara 163 464 Pa på grund av dess 1,62 gånger starkare gravitation. Detta beräknade vi med hjälp av planetens radie och massa (massan angavs i instruktionerna). Från beräkningen (fil #5) drog vi slutsatsen att atmosfären på TOI-560 c skulle behöva vara 6,12 gånger större eller tätare än jordens atmosfär för att kunna ha vatten i flytande form.
Volym och densitet
Den sista obligatoriska uppgiften var att beräkna densiteten för TOI-560 c. Vi använde formeln ρ=M/V. Vi visste redan att planetens massa var ungefär 9,70 * jordens massa. Men vi visste inte volymen. Vi använde en enkel formel som förutsätter att planeten är perfekt rund - 4/3*π*R3. Så vi visste att volymen är 1,6146 * 1023 km3. Sedan räknade vi ut att densiteten var 3,587786, vilket är 1,5 gånger mindre än jordens densitet (5,51). Men den är mer än två gånger större än Neptunus densitet. Av detta kan vi dra slutsatsen att TOI-560 c inte är en gasplanet, men inte heller består av tungt material. Dess densitet liknar Mars densitet (3,93) så det är möjligt att den har en liknande struktur som Mars. (Beräkningarna är bifogade i fil #3)
Livet
När vi var klara med våra obligatoriska uppgifter bestämde vi oss för att återgå till frågan om liv. Vi fastställde fyra kategorier av villkor för närvaron av liv:
magnetosfär
flytande vatten
atmosfär (med syre och ozon)
värme (temperatur) och ljus
Med den information som för närvarande finns tillgänglig kan forskarna inte vara säkra på om TOI-560 c har en magnetosfär. Den skulle behöva ha en metallkärna. Eftersom den har en liknande struktur som Mars kan vi anta att detta inte är troligt. Om den hade haft en metallkärna skulle resten av planeten ha varit tvungen att bestå av gas - att vara extremt lätt för att passa planetens genomsnittliga densitet. Vi kan dock inte dra några säkra slutsatser i denna fråga.
Vi skrev om flytande vatten i föregående stycke.
Det första vi måste veta när det gäller atmosfären är om TOI-560 c har tillräckligt stark gravitation för att kunna upprätthålla en atmosfär. Vi antog att ja, men vi gjorde några beräkningar för att vara säkra (de är bifogade i fil #6). Flykthastigheten som varje objekt som vill lämna ytan på TOI-560 c måste ha är 22,25 km*s-1 och molekyl H2 har en rotmedelkvadrathastighet på 2 491,51 m*s-1 (fil 7). Flykthastigheten är mycket större än rotmedelkvadrathastigheten så TOI-560 c kan hålla kvar även de snabbaste molekylerna H2. En annan sak är ozon O3 och syre O2. Baserat på tillgängliga data kan vi inte ta reda på något om strukturen hos den hypotetiska atmosfären. Men teleskopet HARPS med sin spektrograf kan bekräfta existensen av atmosfären och även upptäcka dess struktur.
Ljus och värme på TOI-560 c kommer från dess stjärna TOI-560. Faktum är att TOI-560 är två gånger större än solen. Solens ljusstyrka är 3,827*1026 W och TOI-560:s ljusstyrka är 6,04429*1029 W. Spektralflödet beror också på objektets avstånd från stjärnan. Och eftersom TOI-560 c:s avstånd till sin stjärna är ca 0,1249 AU är spektralflödet 13.681.47386 W*m-2, vilket är 10 gånger större än spektralflödet från solen på jorden. (Beräkningarna är bifogade i fil #8)
Habitabiliteten beror på omloppsbanans avstånd från stjärnan. Om jorden befann sig för nära eller för långt från solen skulle det inte kunna finnas flytande vatten och liv över huvud taget. Men vi vet inte hur mycket planetens temperatur påverkas av den hypotetiska atmosfären och hur mycket av avståndet. Vi kan dock beräkna beboeliga zoner och bortse från atmosfären.
TOI-560c Slutsatser
Nu när vi vet mer om planeten och dess förhållanden kan vi jämföra den med planeterna i solsystemet (grafer i fil #9). I vissa avseenden liknar planeten stenplaneter, men i andra avseenden liknar den gasjättarna. Det är verkligen osannolikt att det finns liv här på grund av den höga temperaturen och det lilla avståndet till stjärnan (det finns strålning från stjärnan). Det skulle vara användbart att få mer information om exoplanetens struktur och dess atmosfär, om den har en sådan. Teleskopet HARPS skulle kunna ge värdefull information om de olika aspekterna av atmosfären.
Stödjande filer:
