Най-новият метод на НАСА за лов на екзопланети? Привличам ви

От всички големи, амбициозни цели в астрономията в момента, една от най-вълнуващите е откриването и характеризирането на екзопланети или планети извън нашата слънчева система. Знаем, че вероятно има толкова екзопланети, колкото има звезди във Вселената, и че този брой почти сигурно включва някои планети, които са като Земята. Всъщност ние едва започваме да надраскваме повърхността на откриването на тези странни, нови светове.

Астрономите разполагат с инструменти като авангардни Космически телескоп Джеймс Уеб за да им помогне да идентифицират екзопланети и да надникнат в техните атмосфери, но има толкова много време за наблюдение на тези големи, известни телескопи. Така че, за да помогне в намирането на нови екзопланети, НАСА се обръща към недостатъчно използван ресурс: граждански учени.

Новоразширена програма на НАСА, наречена Гледайте екзопланета приканва членове на обществеността да помогнат при наблюдението на екзопланети, използвайки същите методи за анализ на данни, използвани от професионалистите. За да научим как работи и потенциала за открития с помощта на този подход, говорихме с Роб Зелем от Лабораторията за реактивни двигатели на НАСА, астрофизик и създател на часовника Exoplanet Watch програма.

Аматьорски очи към небето

Като се има предвид, че сега има над 5000 известни екзопланети, може би си мислите, че тези планети са лесни за наблюдение. Но това не е така. Повечето екзопланети е невъзможно да се наблюдават директно, защото са много по-малки и по-тъмни от звездите, около които обикалят. Така че астрономите аматьори, точно както професионалистите, разчитат на косвени наблюдения, за да разберат, че има планета.

Основният фокус на Exoplanet Watch е да разгледа тип планета, наречена горещ Юпитер – „големи планети около ярки звезди“, както ги описва Zellem – и да наблюдава техните транзити. Транзит се случва, когато една от планетите минава между нас и своята звезда домакин, което временно прави светлината от звездата домакин по-слаба. Като наблюдават точното време и количеството на този спад в яркостта, астрономите могат да определят колко голяма е планетата и колко далеч обикаля около звездата си.

Това е същият метод, използван от много професионални телескопи за лов на екзопланети, като Transiting на НАСА Exoplanet Survey Satellite (TESS) или характеризиращият ExOPlanet Satellite на Европейската космическа агенция (ЧЕОПС). И двата са космически телескопи, което означава, че получават страхотна гледка към космоса без препятствия от земната атмосфера, но времето за наблюдение на тях е изключително ограничено.

Други наземни професионални телескопи също наблюдават екзопланети, но те са изправени пред голяма и непредсказуема пречка: времето. Ако има облачно небе над обсерватория, наблюденията от цяла нощ ще бъдат загубени - нещо, с което всеки професионален астроном се е сблъсквал. „Има много нощи, които съм загубил лично в югозападната част на Съединените щати или Мауна Кеа в Хавай, поради времето“, каза Зелем. „Това е рискът, който поемате, като получавате време в произволна професионална обсерватория.“

Exoplanet Watch обаче е мрежа от астрономи аматьори от целия свят. Като има наблюдатели, които вземат показания от толкова много различни места, ефектите от времето се смекчават. Дори ако на едно място е облачно, наблюдателите на други места може да имат ясна видимост.

Работейки заедно по целия свят

Мрежата също така позволява наблюдение на екзопланети, които биха били невъзможни за наблюдение от един потребител. Газова гигантска екзопланета, наречена HD 80606 b, например, отнема над 12 часа, за да премине през своята звезда. Астрономите трябва не само да наблюдават пълната продължителност на този транзит, но също така трябва да правят наблюдения преди и след транзита към използвайте като базова линия и просто няма достатъчно дълга нощ, за да наблюдавате пълното време навсякъде на планетата, освен в екстремните полюси.

През декември 2021 г. членовете на Exoplanet Watch работиха заедно, за да наблюдават този пълен транзит от началото до края, като се започне от потребителите в Източна Азия, които след това предадоха наблюдения на тези в Индия, после Европа, след това Северна Америка, преди да се върнат на потребителите в Япония.

Данните от всички тези наблюдатели, обхващащи 24 часа, бяха събрани, за да се получат еквивалентните данни към телескоп, прикрепен към балон, плаващ по целия свят и наблюдаващ докато върви.

Улесняване на наблюденията на другите

Зелем и други членове на екипа на Exoplanet Watch се стремят да гарантират, че астрономите аматьори които работят по проекта са признати за приноса си и много от тях са посочени като водещи автори в академични публикации за тяхната работа. Но голяма част от работата, извършена от проекта, не е свързана с крещящи заглавия като откриване на чисто нови екзопланети - вместо това, е за хора, които безкористно даряват времето и усилията си, за да позволят да се правят повече големи научни открития ефективно.

Вземете космическия телескоп Джеймс Уеб. Този феноменално мощен телескоп може не само да идентифицира екзопланети, но и да наблюдава техните атмосфери, нещо, което практически никой друг инструмент в астрономията не може да направи. Но има само толкова много часове в деня, а времето за наблюдение е високо ценено.

„Имахме професионални астрономи, които идваха при нас и казваха:„ Хей, има тази цел, която искам да наблюдавам в следващите няколко месеца с Джеймс Уеб, можете ли да ни помогнете да наблюдаваме тази цел и да прецизираме времето?“ Зелам казах.

След това астрономите аматьори в Exoplanet Watch работят, за да намерят ограниченията за транзитните времена на екзопланетите, така че когато Webb прави своите наблюдения, има най-добрия възможен шанс да види транзита и да получи толкова информация за целта, колкото и него мога.

„Там, където Exoplanet Watch се появява, е чрез извършване на тази предварителна проверка или предварителни наблюдения. Ние помагаме да се прецизират времената, за да можем да използваме Джеймс Уеб по-ефективно и се надяваме да извлечем много повече наука от него“, обясни Зелем.

Телескопи на тавана

Много от хората, които са допринесли за Exoplanet Watch досега, са сериозни астрономи аматьори, които са прекарали години в изграждането на впечатляващи телескопи и са много опитни в наблюденията на екзопланети. Но това ниво на ангажираност и оборудване изобщо не се изисква и Zellem и екипът приветстват всеки, който се интересува от наблюдение, да се присъедини към тях.

Най-малкият телескоп, използван в наблюденията досега, е само 3,5 инча, което е типичен размер за малък начален телескоп. Тъй като повечето наблюдения се правят на ярки обекти, много мощните домашни телескопи не са от съществено значение.

„Нямате нужда от много голям телескоп, за да направите тези наблюдения“, каза Зелем. „Всъщност можете да използвате много телескопи, които хората може да имат в таваните, гаражите или складовете си.“

За наблюдателите е полезно да имат цифрова камера, която да прикрепят към своя телескоп, за да записват своите наблюдения, и механизъм за проследяване, който да им помогне да следват цел, докато се движи по небето. Но бариерата за влизане в проекта е по-ниска, отколкото можете да си представите.

А за тези, които се притесняват да не направят грешка и да объркат данните, Zellam казва, че силата на наличието на множество потребители е, че данните могат да бъдат проверени спрямо други наблюдения: „Ако имате един потребител, който случайно прави грешка или използва грешни стойности, когато интерпретира своите данни, тези данни могат да бъдат отстранени от по-голямата група от наблюдатели.”

Принос без телескоп

Дори тези, които изобщо нямат достъп до телескоп, могат да се включат в проекта Exoplanet Watch. Втори клон на проекта, в допълнение към наблюденията, е анализът на данни. Проектът има достъп до архивни данни, които включват 10 години данни от 6-инчов робот телескоп, наречен автономна обсерватория, разположен в Тусон, Аризона, е дарен от наречена група Направи си сам търсене на планета.

В този набор от данни има над 2000 светлинни криви, които биха могли да са показателни за транзит на екзопланета, и обществеността е поканена да помогне с този анализ на данните. Нещо специално в този проект обаче е, че той не е опростен тип анализ или класификация на данни, както се вижда в други проекти за гражданска наука като тези на Зоониверс. Вместо това гражданските учени могат да използват точно същата програма за обработка на данни, използвана от професионалистите в НАСА.

Професионалните астрономи от НАСА вече бяха прекарали десетилетие в разработването и използването на анализ на данни инструмент, наречен Exotic, който е оптимизиран да бъде толкова точен и полезен за изследване на екзопланети възможен. „И стана много очевидно, че най-добрият начин да се уверим, че нашите потребители получават добри резултати от своите данни, е да им позволим да използват същия точен инструмент за данни“, каза Зелем.

Инструментът е качен в облака, за да улесни достъпа до него дори от мобилен телефон, така че сега всеки, който има време и интерес, може да научи как да обработва данни за екзопланети, като използва същите инструменти като професионалисти. Те преминават през всяка стъпка, от вземане на необработени данни от телескоп до определяне на характеристиките на наблюдавана екзопланета.

Вдъхновяване на следващото поколение

Получаването на помощ при наблюдения и анализ на данни е от решаващо значение за професионалните астрономи, но проектът също така цели да привлече повече хора в тази област.

„Като граждански научен проект ние имаме научни цели, но също така и образователни цели“, каза Зелем, „да вдъхновим следващото поколение обучаващи се в STEM, хора, които се надяваме да се занимават с астрономия.“

Това включва ангажиране на страстната и способна аматьорска астрономическа общност, но включва и привличане на нови хора, които може да са имали малък или никакъв опит с този вид наука преди.

„Включваме хора, които никога не са правили изображения на екзопланети, никога не са правили астрофотография или дори са гледали през телескоп“, каза Зелем. По-опитните членове на групата преподават и напътстват по-новите членове в Slack групата на проекта, като се подкрепят взаимно и им помагат да учат. „Това е наистина страхотна група от хора и толкова се гордея с тях.“

Златен век на изследване на екзопланети

Проектът Exoplanet Watch непрекъснато се разширява, като нови източници на данни непрекъснато се добавят към пула, така че винаги има нещо ново, върху което хората да работят. Но Zellem иска да го разшири още повече, разширявайки границите на това, което може да се наблюдава с по-малки телескопи.

Един от плановете е да се види дали достатъчно малки телескопи, работещи съвместно, могат да наблюдават по-малки планети, като тези, наречени суперземи. Друга дългосрочна цел е да се направят повече наблюдения на звездите-домакини в процес, наречен мониторинг на звездната променливост, който може да помогне с по-прецизни измервания на транзита на екзопланети.

С повече екзопланети, които се откриват всеки месец, потенциалът както за професионалните, така и за любителите астрономи да правят открития е безграничен.

„Наистина се чувстваме като в златна ера на изследване на екзопланети и е невероятно и много забавно да можем да работим в тази област“, ​​каза Зелам. „И наистина мисля, че гражданската наука ще продължи да бъде голяма част от това.“

Препоръки на редакторите

• Вижте най-новата версия на плъзгащия се робот-змия на НАСА
• Суперчувствителен инструмент за лов на екзопланети улавя първите си светлинни данни
• TESS на НАСА откри 5000 кандидати за екзопланети
• НАСА разкрива място за кацане на своя лунен роувър за лов на вода
• НАСА иска да използва малък сателит, за да помогне в изследването на атмосферата на екзопланети