أحدث طريقة ناسا لصيد الكواكب الخارجية؟ تجنيد لك

من بين جميع الأهداف الكبيرة والطموحة في علم الفلك في الوقت الحالي ، فإن أحد أكثر الأهداف إثارة هو اكتشاف وتوصيف الكواكب الخارجية أو الكواكب خارج نظامنا الشمسي. نحن نعلم أنه من المحتمل أن يكون عدد الكواكب الخارجية مساويًا لعدد النجوم الموجودة في الكون ، وأن هذا العدد يكاد يكون مؤكدًا يتضمن بعض الكواكب التي تشبه الأرض ، في الواقع ، لقد بدأنا للتو في اكتشاف سطح اكتشاف هذه الكواكب الغريبة والجديدة عوالم.

يمتلك علماء الفلك أدوات مثل أحدث التقنيات تلسكوب جيمس ويب الفضائي لمساعدتهم على التعرف على الكواكب الخارجية والنظر إلى غلافها الجوي ، ولكن هناك الكثير من وقت المراقبة المتاح على هذه التلسكوبات الكبيرة والشهيرة. لذلك للمساعدة في العثور على كواكب خارجية جديدة ، تتجه ناسا إلى مورد غير مستغل: العلماء المواطنون.

تم توسيع برنامج ناسا حديثًا يسمى مشاهدة كوكب خارج المجموعة الشمسية يدعو أفراد الجمهور للمساعدة في مراقبة الكواكب الخارجية باستخدام نفس طرق تحليل البيانات المستخدمة من قبل المتخصصين. للتعرف على كيفية عملها وإمكانية الاكتشاف باستخدام هذا النهج ، تحدثنا إلى روب Zellem من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ، عالم فيزياء فلكية ومبتكر مراقبة الكواكب الخارجية برنامج.

عيون هواة في السماء

بالنظر إلى أن هناك الآن أكثر من 5000 كوكب خارجي معروف ، قد تعتقد أن هذه الكواكب يسهل مراقبتها. لكن ليست هذه هي المسألة. يستحيل رصد معظم الكواكب الخارجية مباشرةً ، لأنها أصغر حجمًا وأقل شدة من النجوم التي تدور حولها. لذلك يعتمد علماء الفلك الهواة ، تمامًا مثل المحترفين ، على الملاحظات غير المباشرة لإعلامهم بوجود كوكب هناك.

التركيز الأساسي لـ Exoplanet Watch هو النظر إلى نوع من الكواكب يسمى كوكب المشتري الساخن - "الكواكب الكبيرة حول النجوم الساطعة" كما يصفها زيلم - ومراقبة عبورها. يحدث العبور عندما يمر أحد الكواكب بيننا وبين نجمه المضيف ، مما يجعل الضوء القادم من النجم المضيف باهتًا مؤقتًا. من خلال مراقبة التوقيت الدقيق ومقدار هذا الانخفاض في السطوع ، يمكن لعلماء الفلك معرفة حجم الكوكب ومدى دورانه عن نجمه.

هذه هي نفس الطريقة المستخدمة من قبل العديد من التلسكوبات المحترفة لصيد الكواكب الخارجية ، مثل Transiting التابع لناسا ساتل مسح الكواكب الخارجية (TESS) أو قمر خارج المجموعة الشمسية من وكالة الفضاء الأوروبية (تشيبس). كلاهما من التلسكوبات الفضائية ، مما يعني أنهما يحصلان على رؤية رائعة للفضاء دون عائق بسبب الغلاف الجوي للأرض ، لكن مراقبة الوقت عليهما محدودة للغاية.

تراقب أيضًا التلسكوبات المحترفة الأخرى الأرضية الكواكب الخارجية ، لكنها تواجه عقبة كبيرة وغير متوقعة: الطقس. إذا كانت هناك سماء ملبدة بالغيوم فوق المرصد ، فستفقد ملاحظات ليلة كاملة - وهو أمر تعامل معه كل عالم فلك محترف. قال زيلم: "هناك الكثير من الليالي التي فقدتها شخصيًا في جنوب غرب الولايات المتحدة ، أو ماونا كيا في هاواي ، بسبب الطقس". "هذه هي المخاطرة التي تتعرض لها من خلال الحصول على الوقت في أي مرصد احترافي عشوائي."

ومع ذلك ، فإن Exoplanet Watch عبارة عن شبكة من علماء الفلك الهواة من جميع أنحاء العالم. من خلال جعل المراقبين يأخذون قراءات من العديد من المواقع المختلفة ، يتم تخفيف تأثيرات الطقس. حتى لو كان الجو ملبدًا بالغيوم في أحد المواقع ، فقد يكون لدى المراقبين في أماكن أخرى رؤية واضحة.

نعمل معًا في جميع أنحاء العالم

تسمح الشبكة أيضًا بمراقبة الكواكب الخارجية التي يستحيل على مستخدم واحد مراقبتها. يسمى كوكب خارجي عملاق غازي HD 80606 ب، على سبيل المثال ، يستغرق أكثر من 12 ساعة لعبور نجمه. لا يحتاج علماء الفلك إلى مراقبة المدة الكاملة لهذا العبور فحسب ، بل يجب عليهم أيضًا أخذ الملاحظات قبل وبعد العبور إلى تستخدم كخط أساس ، وببساطة لا توجد ليلة طويلة بما يكفي لمراقبة الوقت الكامل في أي مكان على هذا الكوكب بخلاف الحد الأقصى أعمدة.

في ديسمبر 2021 ، عمل أعضاء Exoplanet Watch معًا لمراقبة هذا العبور الكامل من البداية إلى النهاية ، بدءًا من المستخدمين في شرق آسيا ، الذين قاموا بعد ذلك بتسليم الملاحظات إلى أولئك الموجودين في الهند ، ثم أوروبا ، ثم أمريكا الشمالية ، قبل العودة إلى المستخدمين في اليابان.

تم جمع البيانات من جميع هؤلاء المراقبين على مدار 24 ساعة للحصول على البيانات المكافئة لتلسكوب متصل بمنطاد يطفو على طول الطريق حول العالم ويراقبه أثناء سيره.

تسهيل الملاحظات من قبل الآخرين

Zellem وأعضاء آخرون في فريق Exoplanet Watch حريصون على ضمان أن هواة الفلكيين الذين يعملون في المشروع قد تم الاعتراف بمساهماتهم ، وتم تمييز العديد منهم كمؤلفين رئيسيين في المنشورات الأكاديمية عن عملهم. لكن الكثير من العمل الذي أنجزه المشروع لا يتعلق بالعناوين المبهرجة مثل اكتشاف الكواكب الخارجية الجديدة تمامًا - بدلاً من ذلك ، يدور حول تبرع الناس بوقتهم وجهدهم لإيثار المزيد من الاكتشافات العلمية الكبيرة بكفاءة.

خذ تلسكوب جيمس ويب الفضائي. لا يستطيع هذا التلسكوب القوي بشكل هائل تحديد الكواكب الخارجية فحسب ، بل يمكنه أيضًا مراقبة غلافها الجوي ، وهو أمر لا يمكن لأي أداة أخرى في علم الفلك القيام به. لكن لا يوجد سوى ساعات طويلة في اليوم ، والوقت ذو قيمة عالية.

"لدينا علماء فلك محترفون يأتون إلينا ويقولون ،" مرحبًا ، هناك هذا الهدف الذي أريد مراقبته في الأشهر القليلة القادمة مع جيمس ويب ، هل يمكنك مساعدتنا في مراقبة هذا الهدف وتحسين التوقيت؟ " قال.

ثم يعمل علماء الفلك الهواة في Exoplanet Watch لإيجاد القيود المفروضة على أوقات عبور الكواكب الخارجية ، لذلك عندما يكون Webb يقوم بملاحظاته ، لديه أفضل فرصة ممكنة لرؤية العبور والحصول على أكبر قدر من المعلومات حول الهدف كما هو يستطيع.

"يأتي دور Exoplanet Watch من خلال إجراء هذا الفحص المسبق أو الملاحظات المسبقة. أوضح زيلم أننا نساعد في تحسين التوقيتات حتى نتمكن من استخدام جيمس ويب بكفاءة أكبر ونأمل في الحصول على المزيد من العلوم منه.

تلسكوبات في العلية

العديد من الأشخاص الذين ساهموا في Exoplanet Watch حتى الآن هم علماء فلك هواة جادون أمضوا سنوات في بناء تلسكوبات رائعة ولديهم خبرة كبيرة في رصد الكواكب الخارجية. لكن هذا المستوى من الالتزام والمعدات غير مطلوب على الإطلاق ، ويرحب زليم والفريق بأي شخص مهتم بالمراقبة للانضمام إليهم.

أصغر تلسكوب تم استخدامه في الملاحظات حتى الآن هو 3.5 بوصة فقط ، وهو حجم نموذجي لتلسكوب بداية صغير. نظرًا لأن معظم الملاحظات مصنوعة من أجسام لامعة ، فإن التلسكوبات المنزلية القوية جدًا ليست ضرورية.

قال زليم: "لا تحتاج إلى تلسكوب كبير جدًا للقيام بهذه الملاحظات". "يمكنك في الواقع استخدام الكثير من التلسكوبات التي قد يعلقها الناس في العلية أو في مرآبهم أو في مخازنهم."

من المفيد للمراقبين أن يكون لديهم كاميرا رقمية لربطها بالتلسكوب الخاص بهم لتسجيل ملاحظاتهم ، وآلية تتبع للمساعدة في تتبع الهدف أثناء تحركه عبر السماء. لكن حاجز الدخول إلى المشروع أقل مما قد تتخيله.

وبالنسبة لأولئك الذين يقلقون بشأن ارتكاب خطأ وإفساد البيانات ، يقول Zellam إن قوة وجود مستخدمين متعددين هو أنه يمكن التحقق من البيانات مقابل الآخرين الملاحظات: "إذا كان لديك مستخدم واحد أخطأ بالخطأ أو استخدم قيمًا خاطئة عند تفسير بياناته ، فيمكن التخلص من هذه البيانات بواسطة مجموعة أكبر من المراقبون. "

المساهمة بدون تلسكوب

حتى أولئك الذين ليس لديهم إمكانية الوصول إلى التلسكوب على الإطلاق يمكنهم المشاركة في مشروع Exoplanet Watch. الفرع الثاني للمشروع ، بالإضافة إلى الملاحظات ، هو تحليل البيانات. يتمتع المشروع بإمكانية الوصول إلى البيانات الأرشيفية التي تتضمن 10 سنوات من البيانات من روبوت بحجم 6 بوصات تلسكوب ، يسمى مرصد مستقل ، يقع في توكسون ، أريزونا ، وقد تم التبرع به من قبل أ مجموعة تسمى البحث عن كوكب DIY.

في مجموعة البيانات هذه ، يوجد أكثر من 2000 منحنى ضوئي يمكن أن يشير إلى عبور كوكب خارج المجموعة الشمسية ، والجمهور مدعو للمساعدة في تحليل البيانات هذا. ومع ذلك ، هناك شيء خاص حول هذا المشروع ، وهو أنه ليس نوعًا مبسطًا من تحليل البيانات أو تصنيفها ، كما هو موضح في مشروعات العلوم الأخرى للمواطنين مثل تلك الموجودة في عالم الحيوان. بدلاً من ذلك ، يمكن للعلماء المواطنين استخدام نفس برنامج معالجة البيانات الذي يستخدمه المتخصصون في وكالة ناسا.

قضى علماء الفلك المحترفون في وكالة ناسا بالفعل عقدًا من الزمن في تطوير واستخدام تحليل البيانات أداة تسمى Exotic ، والتي تم تحسينها لتكون دقيقة ومفيدة لأبحاث الكواكب الخارجية مثل ممكن. قال Zellem: "لقد أصبح من الواضح جدًا أن أفضل طريقة للتأكد من أن مستخدمينا يحصلون على نتائج جيدة من بياناتهم هو السماح لهم باستخدام نفس أداة البيانات بالضبط".

تم تحميل الأداة على السحابة لتسهيل الوصول إليها حتى على الهاتف المحمول ، حتى الآن لأي شخص لديه الوقت والاهتمام لمعرفة كيفية معالجة بيانات الكواكب الخارجية باستخدام نفس الأدوات مثل المهنيين. يمرون في كل خطوة ، من أخذ البيانات الأولية من التلسكوب إلى تحديد ميزات كوكب خارج المجموعة الشمسية المرصود.

إلهام الجيل القادم

يعد الحصول على المساعدة في الملاحظات وتحليل البيانات أمرًا بالغ الأهمية لعلماء الفلك المحترفين ، لكن المشروع يهدف أيضًا إلى جذب المزيد من الأشخاص إلى هذا المجال.

قال زيلم: "كمشروع علمي للمواطنين ، لدينا أهداف علمية ، ولكن أيضًا أهداف تعليمية ، لإلهام الجيل القادم من متعلمي العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات ، الأشخاص الذين نأمل أن يتخصصوا في علم الفلك."

يتضمن ذلك إشراك مجتمع علم الفلك الهواة المتحمسين والقادرين ، ولكنه يتضمن أيضًا جلب أشخاص جدد ربما كانت لديهم خبرة قليلة أو معدومة في هذا النوع من العلوم من قبل.

قال زيلم: "نحن نشارك أشخاصًا لم يسبق لهم القيام بتصوير الكواكب خارج المجموعة الشمسية ، ولم يقوموا مطلقًا بالتصوير الفلكي أو حتى نظروا من خلال التلسكوب". يقوم أعضاء المجموعة الأكثر خبرة بتدريس وتوجيه الأعضاء الجدد في مجموعة Slack للمشروع ، ويدعمون بعضهم البعض ويساعدونهم على التعلم. "إنها مجموعة رائعة حقًا ، وأنا فخور جدًا بهم."

عصر ذهبي لأبحاث الكواكب الخارجية

يتوسع مشروع Exoplanet Watch باستمرار ، مع إضافة مصادر بيانات جديدة باستمرار إلى المجموعة بحيث يكون هناك دائمًا شيء جديد يمكن للأشخاص العمل عليه. لكن Zellem يريد توسيعه أكثر ، ودفع حدود ما يمكن ملاحظته باستخدام التلسكوبات الأصغر.

تتمثل إحدى الخطط في معرفة ما إذا كانت المقاريب الصغيرة التي تعمل بشكل جماعي يمكنها مراقبة الكواكب الأصغر ، مثل تلك التي تسمى الأرض الفائقة. هدف آخر طويل المدى هو أخذ المزيد من الملاحظات للنجوم المضيفة في عملية تسمى مراقبة التباين النجمي ، والتي يمكن أن تساعد في قياسات أكثر دقة لعبور الكواكب الخارجية.

مع اكتشاف المزيد من الكواكب الخارجية كل شهر ، فإن إمكانات علماء الفلك المحترفين والهواة على حد سواء لتحقيق الاكتشافات لا حدود لها.

قال زيلام: "يبدو حقًا أننا في عصر ذهبي لأبحاث الكواكب الخارجية ، ومن الرائع والممتع جدًا أن تكون قادرًا على العمل في هذا المجال". "وأعتقد حقًا أن علم المواطن سيظل جزءًا كبيرًا من هذا."

توصيات المحررين

• اطلع على أحدث إصدار من روبوت الثعبان الانزلاقي التابع لوكالة ناسا
• تلتقط أداة البحث عن الكواكب الخارجية فائقة الحساسية بياناتها الضوئية الأولى
• اكتشف TESS التابع لناسا 5000 كوكب مرشح خارج المجموعة الشمسية
• ناسا تكشف عن موقع هبوط لمركبتها القمرية التي تبحث عن المياه
• ناسا تريد استخدام قمر صناعي صغير للمساعدة في استكشاف الغلاف الجوي للكواكب الخارجية