Η τελευταία μέθοδος της NASA για το κυνήγι εξωπλανητών; Επιστρατεύοντάς σας

Από όλους τους μεγάλους, φιλόδοξους στόχους στην αστρονομία αυτή τη στιγμή, ένας από τους πιο συναρπαστικούς είναι η ανακάλυψη και ο χαρακτηρισμός εξωπλανητών ή πλανητών εκτός του ηλιακού μας συστήματος. Γνωρίζουμε ότι υπάρχουν πιθανώς τόσοι εξωπλανήτες όσοι υπάρχουν αστέρια στο σύμπαν και ότι αυτός ο αριθμός είναι σχεδόν βέβαιο περιλαμβάνει μερικούς πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη, στην πραγματικότητα, μόλις αρχίζουμε να ξύνουμε την επιφάνεια της ανακάλυψης αυτών των περίεργων, νέων του κόσμου.

Οι αστρονόμοι έχουν εργαλεία όπως τα αιχμής Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για να τους βοηθήσει να αναγνωρίσουν εξωπλανήτες και να κοιτάξουν στην ατμόσφαιρά τους, αλλά υπάρχει μόνο τόσος χρόνος παρατήρησης διαθέσιμος σε αυτά τα μεγάλα, διάσημα τηλεσκόπια. Έτσι, για να βοηθήσει στην εύρεση νέων εξωπλανητών, η NASA στρέφεται σε έναν υποχρησιμοποιημένο πόρο: τους πολίτες επιστήμονες.

Ένα πρόσφατα διευρυμένο πρόγραμμα της NASA ονομάζεται Ρολόι Εξωπλανήτης καλεί τα μέλη του κοινού να βοηθήσουν στην παρατήρηση εξωπλανητών χρησιμοποιώντας τις ίδιες μεθόδους ανάλυσης δεδομένων που χρησιμοποιούν οι επαγγελματίες. Για να μάθουμε πώς λειτουργεί και τις δυνατότητες ανακάλυψης χρησιμοποιώντας αυτήν την προσέγγιση, μιλήσαμε με τον Rob Zellem του Εργαστηρίου Jet Propulsion Laboratory της NASA, αστροφυσικός και δημιουργός του Exoplanet Watch πρόγραμμα.

Ερασιτεχνικά μάτια στους ουρανούς

Δεδομένου ότι υπάρχουν τώρα πάνω από 5.000 γνωστοί εξωπλανήτες, μπορεί να πιστεύετε ότι αυτοί οι πλανήτες είναι εύκολο να παρατηρηθούν. Αλλά αυτό δεν ισχύει. Οι περισσότεροι εξωπλανήτες είναι αδύνατο να παρατηρηθούν άμεσα, επειδή είναι πολύ μικρότεροι και πιο αμυδροί από τα αστέρια γύρω από τα οποία περιφέρονται. Έτσι, οι ερασιτέχνες αστρονόμοι, όπως και οι επαγγελματίες, βασίζονται σε έμμεσες παρατηρήσεις για να τους ενημερώσουν ότι υπάρχει ένας πλανήτης.

Ο κύριος στόχος του Exoplanet Watch είναι να εξετάσει έναν τύπο πλανήτη που ονομάζεται καυτός Δίας - «μεγάλοι πλανήτες γύρω από φωτεινά αστέρια», όπως τους περιγράφει ο Zellem - και να παρατηρήσει τις διελεύσεις τους. Μια διέλευση συμβαίνει όταν ένας από τους πλανήτες περνά ανάμεσα σε εμάς και το άστρο ξενιστή του, κάνοντας προσωρινά το φως από το άστρο υποδοχής χαμηλότερο. Παρατηρώντας τον ακριβή χρόνο και την ποσότητα αυτής της πτώσης της φωτεινότητας, οι αστρονόμοι μπορούν να υπολογίσουν πόσο μεγάλος είναι ο πλανήτης και πόσο μακριά βρίσκεται σε τροχιά από το αστέρι του.

Αυτή είναι η ίδια μέθοδος που χρησιμοποιείται από πολλά επαγγελματικά τηλεσκόπια κυνηγιού εξωπλανητών, όπως το Transiting της NASA Exoplanet Survey Satellite (TESS) ή το χαρακτηριστικό ExOPlanet Satellite της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ΧΕΟΠΣ). Και τα δύο είναι διαστημικά τηλεσκόπια, που σημαίνει ότι έχουν υπέροχη θέα του διαστήματος χωρίς εμπόδια από την ατμόσφαιρα της Γης, αλλά ο χρόνος παρατήρησης σε αυτά είναι εξαιρετικά περιορισμένος.

Άλλα επίγεια επαγγελματικά τηλεσκόπια παρατηρούν επίσης εξωπλανήτες, αλλά αντιμετωπίζουν ένα μεγάλο και απρόβλεπτο εμπόδιο: τον καιρό. Εάν υπάρχουν συννεφιασμένοι ουρανοί πάνω από ένα παρατηρητήριο, οι παρατηρήσεις μιας ολόκληρης νύχτας θα χαθούν - κάτι με το οποίο έχει ασχοληθεί κάθε επαγγελματίας αστρονόμος. «Υπάρχουν πολλές νύχτες που έχω χάσει προσωπικά στα νοτιοδυτικά των Ηνωμένων Πολιτειών ή στο Mauna Kea στη Χαβάη, λόγω καιρού», είπε ο Zellem. "Αυτός είναι ο κίνδυνος που διατρέχεις βρίσκοντας χρόνο σε οποιοδήποτε τυχαίο επαγγελματικό παρατηρητήριο."

Το Exoplanet Watch, ωστόσο, είναι ένα δίκτυο ερασιτεχνών αστρονόμων από όλο τον κόσμο. Όταν οι παρατηρητές λαμβάνουν μετρήσεις από τόσες πολλές διαφορετικές τοποθεσίες, μετριάζονται οι επιπτώσεις του καιρού. Ακόμα κι αν έχει συννεφιά σε μια τοποθεσία, οι παρατηρητές σε άλλα μέρη μπορεί να έχουν καθαρή θέα.

Δουλεύοντας μαζί σε όλο τον κόσμο

Το δίκτυο επιτρέπει επίσης την παρατήρηση εξωπλανητών που θα ήταν αδύνατο να παρατηρήσει ένας μόνο χρήστης. Ένας γίγαντας εξωπλανήτης αερίου που ονομάζεται HD 80606 β, για παράδειγμα, χρειάζεται πάνω από 12 ώρες για να περάσει το αστέρι του. Οι αστρονόμοι πρέπει όχι μόνο να παρατηρούν όλη τη διάρκεια αυτής της διέλευσης, αλλά πρέπει επίσης να κάνουν παρατηρήσεις πριν και μετά τη διέλευση στο χρησιμοποιήστε ως βάση και απλά δεν υπάρχει αρκετά μεγάλη νύχτα για να παρατηρήσετε το πλήρες ωράριο οπουδήποτε στον πλανήτη εκτός από το ακραίο πόλων.

Τον Δεκέμβριο του 2021, μέλη του Exoplanet Watch συνεργάστηκαν για να παρατηρήσουν αυτήν την πλήρη διέλευση από την αρχή μέχρι το τέλος, ξεκινώντας από τους χρήστες στην ανατολική Ασία, οι οποίοι στη συνέχεια παρέδωσαν παρατηρήσεις σε εκείνους στην Ινδία, μετά στην Ευρώπη, μετά στη Βόρεια Αμερική, πριν επιστρέψουν στους χρήστες στην Ιαπωνία.

Δεδομένα από όλους αυτούς τους παρατηρητές που εκτείνονται σε 24 ώρες συγκεντρώθηκαν για να ληφθούν τα ισοδύναμα δεδομένα σε ένα τηλεσκόπιο συνδεδεμένο σε ένα μπαλόνι που επιπλέει σε όλο τον κόσμο και παρατηρεί καθώς προχωρούσε.

Διευκόλυνση παρατηρήσεων από άλλους

Ο Zellem και άλλα μέλη της ομάδας Exoplanet Watch θέλουν να διασφαλίσουν ότι οι ερασιτέχνες αστρονόμοι που εργάζονται στο έργο αναγνωρίζονται οι συνεισφορές τους και πολλοί έχουν προβληθεί ως κύριοι συγγραφείς σε ακαδημαϊκές δημοσιεύσεις για τη δουλειά τους. Αλλά μεγάλο μέρος της δουλειάς που έγινε από το έργο δεν αφορά εντυπωσιακούς τίτλους όπως η ανακάλυψη ολοκαίνουργιων εξωπλανητών – αντίθετα, αφορά ανθρώπους που δωρίζουν ανιδιοτελώς τον χρόνο και την προσπάθειά τους για να επιτρέψουν να γίνουν περισσότερες μεγάλες επιστημονικές ανακαλύψεις αποτελεσματικά.

Πάρτε το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Αυτό το εκπληκτικά ισχυρό τηλεσκόπιο όχι μόνο μπορεί να αναγνωρίσει εξωπλανήτες, αλλά μπορεί επίσης να παρατηρήσει την ατμόσφαιρά τους, κάτι που πρακτικά κανένα άλλο εργαλείο στην αστρονομία δεν μπορεί να κάνει. Αλλά υπάρχουν μόνο τόσες πολλές ώρες σε μια μέρα, και ο χρόνος παρατήρησης εκτιμάται ιδιαίτερα.

«Είχαμε επαγγελματίες αστρονόμους που ήρθαν σε εμάς και είπαν, ‘Ε, υπάρχει αυτός ο στόχος που θέλω να παρατηρήσω τους επόμενους μήνες με τον James Webb, μπορείτε να μας βοηθήσετε να παρατηρήσουμε αυτόν τον στόχο και να βελτιώσουμε το χρονοδιάγραμμα;» Zellam είπε.

Στη συνέχεια, οι ερασιτέχνες αστρονόμοι στο Exoplanet Watch εργάζονται για να βρουν τους περιορισμούς στους χρόνους διέλευσης των εξωπλανητών, οπότε όταν ο Webb κάνει τις παρατηρήσεις του, έχει την καλύτερη δυνατή ευκαιρία να δει τη διέλευση και να πάρει τόσες πληροφορίες για τον στόχο όσες και αυτός μπορώ.

«Εκεί που έρχεται το Exoplanet Watch είναι κάνοντας αυτόν τον προέλεγχο ή τις προπαρατηρήσεις. Βοηθάμε να τελειοποιήσουμε τους χρονισμούς, ώστε να μπορούμε να χρησιμοποιούμε τον James Webb πιο αποτελεσματικά και ελπίζουμε να αντλήσουμε πολύ περισσότερη επιστήμη από αυτό», εξήγησε ο Zellem.

Τηλεσκόπια στη σοφίτα

Πολλοί από τους ανθρώπους που έχουν συνεισφέρει στο Exoplanet Watch μέχρι στιγμής είναι σοβαροί ερασιτέχνες αστρονόμοι που έχουν περάσει χρόνια κατασκευάζοντας εντυπωσιακά τηλεσκόπια και είναι πολύ έμπειροι στις παρατηρήσεις εξωπλανητών. Αλλά αυτό το επίπεδο δέσμευσης και εξοπλισμού δεν απαιτείται καθόλου, και ο Zellem και η ομάδα καλωσορίζουν όποιον ενδιαφέρεται να παρατηρήσει να συμμετάσχει.

Το μικρότερο τηλεσκόπιο που χρησιμοποιείται σε παρατηρήσεις μέχρι στιγμής είναι μόλις 3,5 ίντσες, το οποίο είναι τυπικό μέγεθος για ένα μικρό τηλεσκόπιο εκκίνησης. Επειδή οι περισσότερες παρατηρήσεις γίνονται από φωτεινά αντικείμενα, τα πολύ ισχυρά οικιακά τηλεσκόπια δεν είναι απαραίτητα.

"Δεν χρειάζεστε ένα πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο για να κάνετε αυτές τις παρατηρήσεις", είπε ο Zellem. «Μπορείτε πραγματικά να χρησιμοποιήσετε πολλά τηλεσκόπια που μπορεί να έχουν οι άνθρωποι στα σοφίτα τους ή στα γκαράζ τους ή στην αποθήκη τους».

Είναι χρήσιμο για τους παρατηρητές να έχουν μια ψηφιακή κάμερα για να προσαρτήσουν στο τηλεσκόπιό τους για να καταγράφουν τις παρατηρήσεις τους και έναν μηχανισμό παρακολούθησης για να βοηθήσουν στην παρακολούθηση ενός στόχου καθώς αυτός κινείται στον ουρανό. Αλλά το εμπόδιο για την είσοδο στο έργο είναι χαμηλότερο από όσο φαντάζεστε.

Και για όσους ανησυχούν μήπως κάνουν κάποιο λάθος και ανακατέψουν τα δεδομένα, ο Zellam λέει ότι το πλεονέκτημα του να έχεις πολλούς χρήστες είναι ότι τα δεδομένα μπορούν να ελεγχθούν με άλλους παρατηρήσεις: «Εάν έχετε έναν χρήστη που κάνει κατά λάθος ένα λάθος ή χρησιμοποιεί λάθος τιμές κατά την ερμηνεία των δεδομένων του, αυτά τα δεδομένα μπορούν να εξαλειφθούν από τη μεγαλύτερη ομάδα παρατηρητές».

Συμβολή χωρίς τηλεσκόπιο

Ακόμη και εκείνοι που δεν έχουν καθόλου πρόσβαση σε τηλεσκόπιο μπορούν να εμπλακούν στο έργο Exoplanet Watch. Ένας δεύτερος κλάδος του έργου, εκτός από τις παρατηρήσεις, είναι η ανάλυση δεδομένων. Το έργο έχει πρόσβαση σε αρχειακά δεδομένα που περιλαμβάνουν δεδομένα 10 ετών από ένα ρομποτικό 6 ιντσών τηλεσκόπιο, που ονομάζεται αυτόνομο παρατηρητήριο, που βρίσκεται στο Tucson της Αριζόνα, έχει δωρηθεί από έναν καλείται ομάδα Αναζήτηση Πλανήτη DIY.

Σε αυτό το σύνολο δεδομένων, υπάρχουν πάνω από 2.000 καμπύλες φωτός που θα μπορούσαν να είναι ενδεικτικές μιας διέλευσης εξωπλανήτη και το κοινό καλείται να βοηθήσει με αυτήν την ανάλυση δεδομένων. Κάτι ιδιαίτερο σχετικά με αυτό το έργο, ωστόσο, είναι ότι δεν είναι ένας απλοποιημένος τύπος ανάλυσης ή ταξινόμησης δεδομένων, όπως φαίνεται σε άλλα έργα επιστήμης πολιτών, όπως αυτά στο Zooniverse. Αντίθετα, οι επιστήμονες πολίτες μπορούν να χρησιμοποιήσουν το ίδιο ακριβώς πρόγραμμα επεξεργασίας δεδομένων που χρησιμοποιούν οι επαγγελματίες της NASA.

Οι επαγγελματίες αστρονόμοι της NASA είχαν ήδη περάσει μια δεκαετία αναπτύσσοντας και χρησιμοποιώντας μια ανάλυση δεδομένων εργαλείο που ονομάζεται Exotic, το οποίο βελτιστοποιήθηκε ώστε να είναι εξίσου ακριβές και χρήσιμο για την έρευνα εξωπλανητών δυνατόν. «Και έγινε πολύ προφανές ότι ο καλύτερος τρόπος για να βεβαιωθούμε ότι οι χρήστες μας είχαν καλά αποτελέσματα από τα δεδομένα τους ήταν να τους αφήσουμε να χρησιμοποιήσουν το ίδιο ακριβώς εργαλείο δεδομένων», είπε ο Zellem.

Το εργαλείο έχει ανέβει στο cloud για να είναι πιο εύκολη η πρόσβαση ακόμα και από κινητό τηλέφωνο, οπότε τώρα όποιος έχει το χρόνο και το ενδιαφέρον μπορεί να μάθει πώς να επεξεργάζεται δεδομένα εξωπλανητών χρησιμοποιώντας τα ίδια εργαλεία με το επαγγελματίες. Περνούν από κάθε βήμα, από τη λήψη ακατέργαστων δεδομένων από ένα τηλεσκόπιο μέχρι τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών ενός παρατηρούμενου εξωπλανήτη.

Εμπνέοντας την επόμενη γενιά

Η λήψη βοήθειας με παρατηρήσεις και ανάλυση δεδομένων είναι ζωτικής σημασίας για τους επαγγελματίες αστρονόμους, αλλά το έργο στοχεύει επίσης να φέρει περισσότερους ανθρώπους στο πεδίο.

«Ως έργο της επιστήμης των πολιτών, έχουμε στόχους επιστήμης, αλλά και εκπαιδευτικούς στόχους», είπε ο Zellem, «να εμπνεύσουμε την επόμενη γενιά μαθητών STEM, ανθρώπους που ελπίζουμε να πάνε στην αστρονομία».

Αυτό περιλαμβάνει τη συμμετοχή της παθιασμένης και ικανής κοινότητας της ερασιτεχνικής αστρονομίας, αλλά περιλαμβάνει επίσης την εισαγωγή νέων ανθρώπων που μπορεί να είχαν ελάχιστη ή καθόλου εμπειρία με αυτό το είδος επιστήμης στο παρελθόν.

«Περιλαμβάνουμε ανθρώπους που δεν έχουν κάνει ποτέ απεικόνιση εξωπλανητών, δεν έχουν κάνει ποτέ αστροφωτογραφία ή ακόμη και κοίταξαν μέσω τηλεσκοπίου», είπε ο Ζέλεμ. Τα πιο έμπειρα μέλη της ομάδας διδάσκουν και καθοδηγούν τα νεότερα μέλη στην ομάδα Slack του έργου, υποστηρίζοντας το ένα το άλλο και βοηθώντας τα να μάθουν. «Είναι μια πραγματικά υπέροχη ομάδα ανθρώπων και είμαι τόσο περήφανος για αυτούς».

Μια χρυσή εποχή έρευνας για εξωπλανήτες

Το έργο Exoplanet Watch επεκτείνεται συνεχώς, με νέες πηγές δεδομένων να προστίθενται συνεχώς στην πισίνα, ώστε να υπάρχει πάντα κάτι νέο για να εργαστούν οι άνθρωποι. Αλλά ο Zellem θέλει να το επεκτείνει ακόμη περισσότερο, ωθώντας τα όρια αυτού που μπορεί να παρατηρηθεί με μικρότερα τηλεσκόπια.

Ένα σχέδιο είναι να δούμε αν αρκετά μικρά τηλεσκόπια που λειτουργούν σε συνεννόηση μπορούν να παρατηρήσουν μικρότερους πλανήτες, όπως εκείνους που ονομάζονται υπερ-Γη. Ένας άλλος μακροπρόθεσμος στόχος είναι να γίνουν περισσότερες παρατηρήσεις των άστρων ξενιστών σε μια διαδικασία που ονομάζεται παρακολούθηση αστρικής μεταβλητότητας, η οποία μπορεί να βοηθήσει με πιο ακριβείς μετρήσεις των διελεύσεων εξωπλανητών.

Με περισσότερους εξωπλανήτες να ανακαλύπτονται κάθε μήνα, οι δυνατότητες τόσο για επαγγελματίες όσο και για ερασιτέχνες αστρονόμους να κάνουν ανακαλύψεις είναι απεριόριστες.

«Είναι πραγματικά σαν να βρισκόμαστε σε μια χρυσή εποχή έρευνας για εξωπλανήτες και είναι απίστευτο και πολύ διασκεδαστικό να μπορείς να εργάζεσαι σε αυτόν τον τομέα», είπε ο Zellam. «Και πραγματικά πιστεύω ότι η επιστήμη των πολιτών θα συνεχίσει να αποτελεί μεγάλο μέρος αυτού».

Συστάσεις των συντακτών

• Δείτε την πιο πρόσφατη έκδοση του ρομπότ φιδιού που ολισθαίνει της NASA
• Το υπερευαίσθητο όργανο κυνηγιού εξωπλανητών συλλαμβάνει τα πρώτα του δεδομένα φωτός
• Το TESS της NASA ανακάλυψε 5.000 υποψήφιους εξωπλανήτες
• Η NASA αποκαλύπτει τοποθεσία προσγείωσης για το σεληνιακό ρόβερ της που κυνηγά νερό
• Η NASA θέλει να χρησιμοποιήσει έναν μικροσκοπικό δορυφόρο για να βοηθήσει στη διερεύνηση της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών