Die neueste Methode der NASA zur Jagd auf Exoplaneten? Ich werbe Sie ein

Von all den großen, ehrgeizigen Zielen der Astronomie ist derzeit die Entdeckung und Charakterisierung von Exoplaneten, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, eines der aufregendsten. Wir wissen, dass es wahrscheinlich so viele Exoplaneten gibt wie Sterne im Universum, und dass diese Zahl mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ansteigt enthält einige Planeten, die der Erde ähneln. Tatsächlich kratzen wir gerade erst an der Oberfläche der Entdeckung dieser seltsamen, neuen Welten.

Astronomen verfügen über Werkzeuge wie die modernste James Webb-Weltraumteleskop um ihnen zu helfen, Exoplaneten zu identifizieren und in ihre Atmosphären zu blicken, aber diese großen, berühmten Teleskope bieten nur begrenzte Beobachtungszeit. Um bei der Suche nach neuen Exoplaneten zu helfen, greift die NASA auf eine ungenutzte Ressource zurück: Bürgerwissenschaftler.

Ein neu erweitertes NASA-Programm namens Exoplaneten-Beobachtung lädt die Öffentlichkeit ein, bei der Beobachtung von Exoplaneten mit denselben Datenanalysemethoden zu helfen, die auch von Fachleuten verwendet werden. Um zu erfahren, wie es funktioniert und welches Entdeckungspotenzial dieser Ansatz bietet, haben wir mit Rob gesprochen Zellem vom NASA Jet Propulsion Laboratory, Astrophysiker und Erfinder der Exoplanet Watch Programm.

Amateuraugen am Himmel

Angesichts der Tatsache, dass es mittlerweile über 5.000 bekannte Exoplaneten gibt, könnte man meinen, dass diese Planeten leicht zu beobachten sind. Aber das ist nicht der Fall. Die meisten Exoplaneten können nicht direkt beobachtet werden, da sie viel kleiner und schwächer sind als die Sterne, die sie umkreisen. Daher verlassen sich Amateurastronomen ebenso wie Profis auf indirekte Beobachtungen, um herauszufinden, ob es einen Planeten gibt.

Das Hauptaugenmerk von Exoplanet Watch liegt auf der Beobachtung einer Planetenart, die als heißer Jupiter bezeichnet wird – „große Planeten um helle Sterne“, wie Zellem sie beschreibt – und der Beobachtung ihrer Transite. Ein Transit findet statt, wenn einer der Planeten zwischen uns und seinem Mutterstern vorbeizieht und das Licht des Muttersterns vorübergehend schwächer wird. Indem sie den genauen Zeitpunkt und das Ausmaß dieses Helligkeitsabfalls beobachten, können Astronomen berechnen, wie groß der Planet ist und wie weit er von seinem Stern umkreist.

Dies ist die gleiche Methode, die von vielen professionellen Teleskopen zur Exoplanetenjagd verwendet wird, wie zum Beispiel dem Transiting der NASA Exoplanet Survey Satellite (TESS) oder der charakterisierende ExOPlanet-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation (CHEOPS). Dies sind beide weltraumgestützte Teleskope, was bedeutet, dass sie einen großartigen Blick auf den Weltraum ermöglichen, der nicht durch die Erdatmosphäre behindert wird, aber die Beobachtungszeit mit ihnen ist äußerst begrenzt.

Andere bodengestützte professionelle Teleskope beobachten ebenfalls Exoplaneten, stehen jedoch vor einem großen und unvorhersehbaren Hindernis: dem Wetter. Wenn der Himmel über einem Observatorium bewölkt ist, gehen die Beobachtungen einer ganzen Nacht verloren – etwas, mit dem jeder professionelle Astronom schon einmal zu tun hatte. „Es gibt viele Nächte, die ich persönlich im Südwesten der Vereinigten Staaten oder auf dem Mauna Kea auf Hawaii aufgrund des Wetters verloren habe“, sagte Zellem. „Das ist das Risiko, das man eingeht, wenn man Zeit an irgendeinem professionellen Observatorium bekommt.“

Exoplanet Watch hingegen ist ein Netzwerk von Amateurastronomen aus der ganzen Welt. Dadurch, dass Beobachter von so vielen verschiedenen Orten aus Messungen durchführen, werden die Auswirkungen des Wetters abgemildert. Selbst wenn es an einem Ort bewölkt ist, haben Beobachter an anderen Orten möglicherweise klare Sicht.

Weltweit zusammenarbeiten

Das Netzwerk ermöglicht auch die Beobachtung von Exoplaneten, die für einen einzelnen Benutzer unmöglich wären. Ein Gasriesen-Exoplanet namens HD 80606 bBeispielsweise benötigt der Stern über 12 Stunden, um ihn zu durchqueren. Astronomen müssen nicht nur die gesamte Dauer dieses Transits beobachten, sondern auch Beobachtungen vor und nach dem Transit durchführen Als Basislinie verwenden, und es gibt einfach keine Nacht, die lang genug ist, um irgendwo auf dem Planeten, außer im Extremfall, die ganze Zeit zu beobachten Stangen.

Im Dezember 2021 arbeiteten Mitglieder von Exoplanet Watch zusammen, um diesen vollständigen Transit von Anfang bis Ende zu beobachten, angefangen bei den Benutzern in Ostasien, die ihre Beobachtungen dann an diejenigen in Indien, dann in Europa und dann in Nordamerika weitergaben, bevor sie an die Benutzer in zurückgingen Japan.

Die Daten aller dieser Beobachter über einen Zeitraum von 24 Stunden wurden zusammengeführt, um die entsprechenden Daten für ein Teleskop zu erhalten, das an einem Ballon befestigt war, der um die ganze Welt schwebte und dabei beobachtete.

Erleichterung der Beobachtung durch andere

Zellem und andere Mitglieder des Exoplanet Watch-Teams möchten sicherstellen, dass die Amateurastronomen Die Beiträge derjenigen, die an dem Projekt arbeiten, werden anerkannt und viele wurden als Hauptautoren genannt In wissenschaftliche Veröffentlichungen über ihre Arbeit. Bei einem Großteil der Arbeit des Projekts geht es jedoch nicht um auffällige Schlagzeilen wie die Entdeckung brandneuer Exoplaneten, sondern darum geht es darum, dass Menschen selbstlos ihre Zeit und Mühe investieren, um mehr große wissenschaftliche Entdeckungen zu ermöglichen effizient.

Nehmen Sie das James Webb-Weltraumteleskop. Dieses phänomenal leistungsstarke Teleskop kann nicht nur Exoplaneten identifizieren, sondern auch deren Atmosphären beobachten, was praktisch kein anderes Werkzeug in der Astronomie kann. Aber der Tag hat nur eine begrenzte Anzahl an Stunden und die Beobachtung der Zeit hat einen hohen Stellenwert.

„Professionelle Astronomen kamen zu uns und sagten: ‚Hey, da ist dieses Ziel, das ich beobachten möchte.‘ Können Sie uns in den nächsten Monaten mit James Webb helfen, dieses Ziel zu erreichen und das Timing zu verfeinern?‘“ Zellam genannt.

Dann arbeiten die Amateurastronomen in Exoplanet Watch daran, die Einschränkungen für die Transitzeiten der Exoplaneten herauszufinden, also als Webb Wenn es seine Beobachtungen durchführt, hat es die bestmögliche Chance, den Transit zu sehen und möglichst viele Informationen über das Ziel zu erhalten dürfen.

„Exoplanet Watch kommt ins Spiel, indem es diese Vorprüfungen oder Vorbeobachtungen durchführt. Wir helfen dabei, das Timing zu verfeinern, damit wir James Webb effizienter nutzen und hoffentlich viel mehr Wissenschaft daraus machen können“, erklärte Zellem.

Teleskope auf dem Dachboden

Viele der Menschen, die bisher zu Exoplanet Watch beigetragen haben, sind ernsthafte Amateurastronomen haben jahrelang beeindruckende Teleskope aufgebaut und sind sehr erfahren in der Beobachtung von Exoplaneten. Dieses Maß an Engagement und Ausrüstung ist jedoch überhaupt nicht erforderlich, und Zellem und das Team heißen jeden willkommen, der daran interessiert ist, dabei zu sein.

Das kleinste bisher für Beobachtungen verwendete Teleskop ist nur 3,5 Zoll groß, was einer typischen Größe für ein kleines Einsteigerteleskop entspricht. Da die meisten Beobachtungen an hellen Objekten erfolgen, sind sehr leistungsstarke Heimteleskope nicht unbedingt erforderlich.

„Für diese Beobachtungen braucht man kein sehr großes Teleskop“, sagte Zellem. „Man kann tatsächlich viele Teleskope verwenden, die die Leute vielleicht auf dem Dachboden, in der Garage oder im Lagerraum hängen.“

Für Beobachter ist es hilfreich, eine Digitalkamera an ihrem Teleskop zu haben, um ihre Beobachtungen aufzuzeichnen, und einen Verfolgungsmechanismus, der dabei hilft, ein Ziel zu verfolgen, während es sich über den Himmel bewegt. Doch die Hürde für den Einstieg in das Projekt ist geringer, als Sie sich vorstellen können.

Und für diejenigen, die Angst haben, einen Fehler zu machen und die Daten zu verfälschen, sagt Zellam, dass eine Stärke von mehreren Benutzern darin besteht, dass Daten mit anderen verglichen werden können Beobachtungen: „Wenn ein Benutzer versehentlich einen Fehler macht oder bei der Interpretation seiner Daten die falschen Werte verwendet, können diese Daten von der größeren Gruppe aussortiert werden.“ Beobachter.“

Beitragen ohne Teleskop

Auch wer überhaupt keinen Zugang zu einem Teleskop hat, kann sich am Exoplanet Watch-Projekt beteiligen. Ein zweiter Zweig des Projekts ist neben den Beobachtungen die Datenanalyse. Das Projekt hat Zugriff auf Archivdaten, darunter 10 Jahre Daten eines 6-Zoll-Roboters Teleskop, ein sogenanntes autonomes Observatorium, befindet sich in Tucson, Arizona. Es wurde von a gespendet Gruppe angerufen DIY Planetensuche.

In diesem Datensatz gibt es über 2.000 Lichtkurven, die auf einen Exoplanetentransit hinweisen könnten, und die Öffentlichkeit ist eingeladen, bei dieser Datenanalyse mitzuhelfen. Das Besondere an diesem Projekt ist jedoch, dass es sich nicht um eine vereinfachte Art der Datenanalyse oder -klassifizierung handelt, wie es bei anderen Citizen-Science-Projekten wie denen auf der Fall ist Zooniversum. Stattdessen können Bürgerwissenschaftler genau dasselbe Datenverarbeitungsprogramm verwenden, das auch die Fachleute der NASA verwenden.

Professionelle Astronomen der NASA hatten bereits ein Jahrzehnt damit verbracht, eine Datenanalyse zu entwickeln und anzuwenden Tool namens Exotic, das so genau und nützlich für die Exoplanetenforschung optimiert wurde wie möglich. „Und es wurde sehr deutlich, dass der beste Weg, um sicherzustellen, dass unsere Benutzer gute Ergebnisse mit ihren Daten erzielen, darin besteht, ihnen die Verwendung genau desselben Datentools zu ermöglichen“, sagte Zellem.

Das Tool wurde in die Cloud hochgeladen, um den Zugriff auch auf einem Mobiltelefon zu erleichtern, sodass jetzt jeder es nutzen kann Hat die Zeit und das Interesse, kann erlernen, wie man Exoplanetendaten mit den gleichen Werkzeugen verarbeitet wie die Profis. Sie durchlaufen jeden Schritt, von der Rohdatenaufnahme eines Teleskops bis zur Bestimmung der Merkmale eines beobachteten Exoplaneten.

Die nächste Generation inspirieren

Für professionelle Astronomen ist es von entscheidender Bedeutung, Hilfe bei Beobachtungen und Datenanalysen zu erhalten, aber das Projekt zielt auch darauf ab, mehr Menschen in das Feld zu bringen.

„Als Citizen-Science-Projekt haben wir wissenschaftliche, aber auch pädagogische Ziele“, sagte Zellem, „um die nächste Generation von MINT-Lernenden zu inspirieren, Leute, die hoffentlich in die Astronomie gehen.“

Dazu gehört die Einbeziehung der leidenschaftlichen und fähigen Amateurastronomie-Gemeinschaft, aber auch die Gewinnung neuer Leute, die bisher vielleicht wenig oder gar keine Erfahrung mit dieser Art von Wissenschaft hatten.

„Wir beziehen Leute ein, die noch nie Exoplaneten fotografiert, noch nie Astrofotografie gemacht oder auch nur durch ein Teleskop geschaut haben“, sagte Zellem. Die erfahreneren Gruppenmitglieder unterrichten und leiten die neueren Mitglieder in der Slack-Gruppe des Projekts, unterstützen sich gegenseitig und helfen ihnen beim Lernen. „Es ist eine wirklich tolle Gruppe von Menschen und ich bin so stolz auf sie.“

Ein goldenes Zeitalter der Exoplanetenforschung

Das Exoplanet Watch-Projekt wird kontinuierlich erweitert, wobei ständig neue Datenquellen zum Pool hinzugefügt werden, sodass es immer etwas Neues gibt, an dem die Leute arbeiten können. Aber Zellem möchte es noch weiter ausbauen und die Grenzen dessen erweitern, was mit kleineren Teleskopen beobachtet werden kann.

Ein Plan besteht darin, herauszufinden, ob genügend kleine Teleskope zusammenarbeiten, um kleinere Planeten, beispielsweise die sogenannten Supererden, zu beobachten. Ein weiteres langfristiges Ziel besteht darin, in einem Prozess namens Sternvariabilitätsüberwachung mehr Beobachtungen von Wirtssternen durchzuführen, was zu genaueren Messungen von Exoplanetentransiten beitragen kann.

Da jeden Monat mehr Exoplaneten entdeckt werden, ist das Potenzial für Entdeckungen sowohl für professionelle als auch für Amateurastronomen grenzenlos.

„Es fühlt sich wirklich an, als befänden wir uns in einem goldenen Zeitalter der Exoplanetenforschung, und es ist unglaublich und macht viel Spaß, in diesem Bereich arbeiten zu können“, sagte Zellam. „Und ich glaube wirklich, dass Citizen Science weiterhin einen großen Teil davon ausmachen wird.“

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