Nejnovější metoda NASA pro lov exoplanet? Získávám vás

Ze všech velkých a ambiciózních cílů v současné astronomii je jedním z nejvíce vzrušujících objev a charakterizace exoplanet, neboli planet mimo naši sluneční soustavu. Víme, že ve vesmíru je pravděpodobně tolik exoplanet, kolik je hvězd, a že toto číslo je téměř jistě zahrnuje některé planety, které jsou jako Země, ve skutečnosti teprve začínáme objevovat tyto podivné, nové světy.

Astronomové mají nástroje, jako jsou ty nejmodernější Vesmírný dalekohled Jamese Webba pomoci jim identifikovat exoplanety a nahlédnout do jejich atmosféry, ale na těchto velkých, slavných dalekohledech je k dispozici jen tolik času na pozorování. Aby NASA pomohla najít nové exoplanety, obrací se na nedostatečně využívaný zdroj: občanské vědce.

Nově rozšířený program NASA tzv Exoplanet Watch

vyzývá veřejnost, aby pomohla pozorovat exoplanety pomocí stejných metod analýzy dat, jaké používají profesionálové. Abychom se dozvěděli o tom, jak to funguje a jaký je potenciál pro objevování pomocí tohoto přístupu, mluvili jsme s Robem Zellem z NASA Jet Propulsion Laboratory, astrofyzik a tvůrce hodinek Exoplanet Watch program.

Amatérské oči na obloze

Vzhledem k tomu, že nyní existuje více než 5 000 známých exoplanet, můžete si myslet, že tyto planety lze snadno pozorovat. Ale není tomu tak. Většinu exoplanet nelze přímo pozorovat, protože jsou mnohem menší a slabší než hvězdy, kolem kterých obíhají. Amatérští astronomové, stejně jako profesionálové, tedy spoléhají na nepřímá pozorování, aby věděli, že tam nějaká planeta je.

Primárním cílem Exoplanet Watch je podívat se na typ planety zvané horký Jupiter – „velké planety kolem jasných hvězd“, jak je popisuje Zellem – a pozorovat jejich tranzity. K tranzitu dochází, když jedna z planet prochází mezi námi a její hostitelskou hvězdou, což dočasně zeslabuje světlo hostitelské hvězdy. Pozorováním přesného načasování a množství tohoto poklesu jasnosti mohou astronomové zjistit, jak velká je planeta a jak daleko obíhá od své hvězdy.

Jedná se o stejnou metodu, kterou používá mnoho profesionálních teleskopů pro lov exoplanet, jako je NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) nebo družice ExOPlanet charakterizující Evropskou kosmickou agenturou (CHEOPS). Oba jsou to vesmírné dalekohledy, což znamená, že mají skvělý výhled na vesmír bez překážek zemské atmosféry, ale pozorování na nich je extrémně omezené.

Jiné pozemní profesionální teleskopy také pozorují exoplanety, ale čelí velké a nepředvídatelné překážce: počasí. Pokud je nad observatoří zatažená obloha, ztratí se celonoční pozorování – něco, s čím se zabýval každý profesionální astronom. "Je mnoho nocí, které jsem osobně ztratil na jihozápadě Spojených států nebo na Mauna Kea na Havaji kvůli počasí," řekl Zellem. "To je riziko, které podstupujete tím, že získáte čas na jakékoli náhodné profesionální observatoři."

Exoplanet Watch je však síť amatérských astronomů z celého světa. Tím, že pozorovatelé odečítají údaje z tolika různých míst, jsou účinky počasí zmírněny. I když je na jednom místě zataženo, pozorovatelé na jiných místech mohou mít jasný výhled.

Spolupracujeme po celém světě

Síť také umožňuje pozorování exoplanet, které by jeden uživatel nemohl pozorovat. Volala se plynná obří exoplaneta HD 80606 b, například trvá přes 12 hodin, než projde svou hvězdou. Astronomové musí nejen pozorovat celou dobu trvání tohoto přechodu, ale musí také provádět pozorování před a po přechodu do použijte jako základní linii a prostě není dost dlouhá noc na sledování plného času kdekoli na planetě kromě extrémních póly.

V prosinci 2021 členové Exoplanet Watch společně sledovali tento úplný tranzit od začátku do konce, počínaje uživateli ve východní Asii, kteří pak předali pozorování těm v Indii, poté v Evropě a poté v Severní Americe, než se vrátili k uživatelům v Japonsko.

Data od všech těchto pozorovatelů za 24 hodin byla shromážděna, aby se získala ekvivalentní data do dalekohledu připojeného k balónu, který pluje po celém světě a pozoruje, jak to jde.

Usnadnění pozorování ostatními

Zellem a další členové týmu Exoplanet Watch chtějí zajistit, aby amatérští astronomové kteří na projektu pracují, jsou jejich příspěvky oceněny a mnozí z nich byli uvedeni jako hlavní autoři v akademické publikace o jejich práci. Ale velká část práce, kterou projekt vykonal, není o honosných titulcích, jako je objevování zcela nových exoplanet – místo toho je o lidech, kteří nezištně věnují svůj čas a úsilí, aby umožnili větší vědecké objevy efektivně.

Vezměte si vesmírný dalekohled Jamese Webba. Tento fenomenálně výkonný dalekohled dokáže nejen identifikovat exoplanety, ale dokáže také pozorovat jejich atmosféry, což prakticky žádný jiný nástroj v astronomii neumí. Ale den má jen tolik hodin a pozorování času je vysoce ceněné.

„Přišli za námi profesionální astronomové a řekli: ‚Hej, je tu cíl, který chci pozorovat v příštích několika měsících s Jamesem Webbem, můžete nám pomoci dodržet tento cíl a upřesnit načasování?‘“ Zellam řekl.

Poté amatérští astronomové v Exoplanet Watch pracují na nalezení omezení doby přechodu exoplanet, takže když Webb provádí svá pozorování, má nejlepší možnou šanci vidět tranzit a získat co nejvíce informací o cíli jako on umět.

„Exoplanet Watch přichází na řadu provedením tohoto předběžného prověření nebo předběžných pozorování. Pomáháme zpřesňovat načasování, abychom mohli Jamese Webba využívat efektivněji a doufejme, že z toho vytěžíme mnohem více vědy,“ vysvětlil Zellem.

Dalekohledy v podkroví

Mnoho lidí, kteří dosud přispěli do Exoplanet Watch, jsou seriózní amatérští astronomové strávili roky budováním působivých dalekohledů a jsou velmi zkušení v pozorování exoplanet. Ale tato úroveň nasazení a vybavení není vůbec potřeba a Zellem a tým vítají každého, kdo má zájem o pozorování, aby se k nim přidal.

Nejmenší dalekohled dosud používaný při pozorování má pouhých 3,5 palce, což je typická velikost pro malý startovací dalekohled. Protože většina pozorování je tvořena jasnými objekty, velmi výkonné domácí dalekohledy nejsou nezbytné.

"K těmto pozorováním nepotřebujete příliš velký dalekohled," řekl Zellem. "Ve skutečnosti můžete použít spoustu dalekohledů, které lidé mohou mít pověšené na půdách, v garážích nebo skladech."

Pro pozorovatele je užitečné mít k dalekohledu připojenou digitální kameru a zaznamenávat svá pozorování a sledovací mechanismus, který pomáhá sledovat cíl při pohybu po obloze. Ale bariéra pro vstup do projektu je nižší, než si dokážete představit.

A pro ty, kteří se obávají, že udělají chybu a zkazí data, Zellam říká, že síla více uživatelů spočívá v tom, že data lze porovnávat s jinými pozorování: „Pokud máte jednoho uživatele, který se omylem zmýlí nebo použije nesprávné hodnoty při interpretaci svých dat, mohou být tato data odstraněna větší skupinou pozorovatelé."

Přispívat bez dalekohledu

Do projektu Exoplanet Watch se mohou zapojit i ti, kteří vůbec nemají přístup k dalekohledu. Druhou větví projektu, vedle pozorování, je analýza dat. Projekt má přístup k archivním datům, která zahrnují 10 let dat z 6palcového robota dalekohled, nazývaný autonomní observatoř, nacházející se v Tucsonu v Arizoně, byl darován volala skupina DIY Planet Search.

V tomto souboru dat je více než 2 000 světelných křivek, které by mohly naznačovat tranzit exoplanety, a veřejnost je vyzvána, aby pomohla s touto analýzou dat. Něco zvláštního na tomto projektu je však to, že se nejedná o zjednodušený typ analýzy nebo klasifikace dat, jak je vidět v jiných projektech občanské vědy, jako jsou např. Zooniverse. Místo toho mohou občanští vědci používat přesně stejný program pro zpracování dat, jaký používají profesionálové z NASA.

Profesionální astronomové z NASA již strávili deset let vývojem a používáním analýzy dat nástroj s názvem Exotický, který byl optimalizován tak, aby byl stejně přesný a užitečný pro výzkum exoplanet jako možný. „A ukázalo se, že nejlepším způsobem, jak zajistit, aby naši uživatelé dosahovali dobrých výsledků ze svých dat, bylo umožnit jim používat stejný přesný datový nástroj,“ řekl Zellem.

Nástroj byl nahrán do cloudu, aby byl snazší přístup i na mobilním telefonu, takže nyní každý, kdo má čas a zájem se může naučit zpracovávat data exoplanet pomocí stejných nástrojů jako profesionálové. Procházejí každým krokem, od snímání hrubých dat z dalekohledu až po určení vlastností pozorované exoplanety.

Inspirovat další generaci

Pomoc s pozorováním a analýzou dat je pro profesionální astronomy klíčová, ale cílem projektu je také přivést do této oblasti více lidí.

"Jako projekt občanské vědy máme vědecké cíle, ale také vzdělávací cíle," řekl Zellem, "abychom inspirovali další generaci studentů STEM, lidí, kteří by snad mohli jít do astronomie."

To zahrnuje zapojení vášnivé a schopné amatérské astronomické komunity, ale také to zahrnuje přivádění nových lidí, kteří dříve mohli mít s tímto druhem vědy malé nebo žádné zkušenosti.

"Zapojujeme lidi, kteří nikdy neprováděli snímkování exoplanet, nikdy nefotografovali ani se nedívali dalekohledem," řekl Zellem. Zkušenější členové skupiny učí a vedou novější členy ve skupině Slack projektu, vzájemně se podporují a pomáhají jim učit se. "Je to opravdu skvělá skupina lidí a jsem na ně tak hrdý."

Zlatý věk výzkumu exoplanet

Projekt Exoplanet Watch se neustále rozšiřuje a do fondu neustále přibývají nové zdroje dat, takže lidé mohou vždy pracovat na něčem novém. Zellem ji ale chce ještě rozšířit a posouvat tak hranice toho, co lze pozorovat menšími dalekohledy.

Jedním z plánů je zjistit, zda dostatek malých dalekohledů pracujících ve shodě může pozorovat menší planety, jako jsou ty zvané super-Země. Dalším dlouhodobým cílem je provádět více pozorování hostitelských hvězd v procesu zvaném sledování variability hvězd, což může pomoci s přesnějším měřením tranzitů exoplanet.

Vzhledem k tomu, že každý měsíc je objevováno více exoplanet, je potenciál profesionálních i amatérských astronomů k objevům neomezený.

"Opravdu se cítíme, jako bychom se ocitli ve zlatém věku výzkumu exoplanet, a je neuvěřitelné a velmi zábavné pracovat v této oblasti," řekl Zellam. "A opravdu si myslím, že občanská věda bude i nadále tvořit velkou část tohoto."

Doporučení redakce

• Podívejte se na nejnovější verzi plazícího se hadího robota NASA
• Supercitlivý nástroj pro lov exoplanet zachycuje svá první světelná data
• NASA TESS objevila 5000 kandidátů na exoplanety
• NASA odhalila místo přistání svého lunárního roveru lovícího vodu
• NASA chce pomocí malého satelitu pomoci prozkoumat atmosféru exoplanet