NASA uusim meetod eksoplaneetide jahtimiseks? Sind värbama

Kõigist praegu astronoomia suurtest ambitsioonikatest eesmärkidest on üks põnevamaid eksoplaneetide ehk meie päikesesüsteemist väljaspool asuvate planeetide avastamine ja iseloomustamine. Teame, et eksoplaneete on tõenäoliselt sama palju kui universumis tähti ja see arv on peaaegu kindlasti hõlmab mõningaid planeete, mis on nagu Maa. Tegelikult me ​​alles hakkame nende kummaliste uute maailmad.

Astronoomidel on sellised tööriistad nagu tipptasemel James Webbi kosmoseteleskoop aidata neil eksoplaneete tuvastada ja nende atmosfääri vaadata, kuid nende suurte kuulsate teleskoopide abil on vaatlusaega vaid nii palju. Nii et uute eksoplaneetide leidmiseks pöördub NASA alakasutatud ressursi poole: kodanike teadlaste poole.

Äsja laiendatud NASA programm nimega Eksoplaneti käekell

kutsub avalikkust aitama vaadelda eksoplaneete, kasutades samu andmeanalüüsi meetodeid, mida kasutavad professionaalid. Et õppida selle toimimise ja selle lähenemisviisi abil avastamisvõimaluste kohta, rääkisime Robiga Zellem NASA Jet Propulsion Laboratoryst, astrofüüsik ja Exoplanet Watchi looja programm.

Amatööri silmad taevas

Arvestades, et praegu on teada üle 5000 eksoplaneeti, võib arvata, et neid planeete on lihtne jälgida. Kuid see pole nii. Enamikku eksoplaneete on võimatu otse jälgida, kuna need on palju väiksemad ja tuhmimad kui tähed, mille ümber nad tiirlevad. Nii et amatöörastronoomid, nagu ka professionaalid, toetuvad kaudsetele vaatlustele, et anda neile teada, et seal on planeet.

Exoplanet Watchi põhitähelepanu on vaadelda teatud tüüpi planeete, mida nimetatakse kuumaks Jupiteriks - "suured planeedid heledate tähtede ümber", nagu Zellem neid kirjeldab - ja jälgida nende liikumist. Transiit toimub siis, kui üks planeetidest möödub meie ja selle peremeestähe vahelt, muutes peremeestähe valguse ajutiselt nõrgemaks. Selle heleduse languse täpset ajastust ja suurust jälgides saavad astronoomid välja selgitada, kui suur on planeet ja kui kaugel see oma tähest tiirleb.

See on sama meetod, mida kasutavad paljud professionaalsed eksoplaneetide jahi teleskoobid, nagu NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) või Euroopa Kosmoseagentuuri iseloomustav ExOPlaneti satelliit (CHEOPS). Mõlemad on kosmosepõhised teleskoobid, mis tähendab, et neil on suurepärane vaade kosmosele, mida Maa atmosfäär ei takista, kuid nende jälgimise aeg on äärmiselt piiratud.

Eksoplaneete vaatlevad ka teised maapealsed professionaalsed teleskoobid, kuid neil seisab ees suur ja ettearvamatu takistus: ilm. Kui observatooriumi kohal on pilvine taevas, lähevad terve öö vaatlused kaotsi – sellega on tegelenud iga professionaalne astronoom. "On palju öid, mille olen ilmastiku tõttu kaotanud isiklikult USA edelaosas või Mauna Keas Hawaiil," ütles Zellem. "See on risk, mida te võtate, kui saate aega suvalises professionaalses vaatluskeskuses."

Exoplanet Watch on aga amatöörastronoomide võrgustik kogu maailmast. Kui vaatlejad võtavad näitu nii paljudest erinevatest kohtadest, leevendavad ilmastiku mõjud. Isegi kui ühes kohas on pilvine, võib teistes kohtades vaatlejatel olla selge vaade.

Koos töötamine kogu maailmas

Võrk võimaldab ka vaadelda eksoplaneete, mida ühel kasutajal oleks võimatu jälgida. Nimega gaasihiiglane eksoplaneet HD 80606 bnäiteks kulub selle tähe transiidiks üle 12 tunni. Astronoomid ei pea mitte ainult jälgima selle transiidi kogu kestust, vaid peavad tegema ka vaatlusi enne ja pärast transiiti kasutada baasjoonena ja lihtsalt ei ole piisavalt pikka ööd, et jälgida täisaega kusagil mujal planeedil peale äärmusliku poolused.

2021. aasta detsembris tegid Exoplanet Watchi liikmed koostööd, et jälgida seda täielikku transiiti algusest lõpuni, alustades kasutajatest. Ida-Aasias, kes seejärel andis vaatlused üle India, seejärel Euroopa ja seejärel Põhja-Ameerika elanikele, enne kui pöördus tagasi kasutajatele Jaapan.

Kõigi nende vaatlejate 24 tunni andmed koondati, et saada samaväärsed andmed teleskoobile, mis oli kinnitatud õhupalli külge, mis hõljub kõikjal maailmas ja jälgib selle kulgu.

Teiste vaatluste hõlbustamine

Zellem ja teised Exoplanet Watchi meeskonna liikmed soovivad tagada, et amatöörastronoomid projekti kallal töötavate inimeste panust tunnustatakse ja paljud neist on olnud juhtivad autorid sisse akadeemilised väljaanded nende töö kohta. Kuid suur osa projektiga tehtud tööst ei ole seotud toretsevate pealkirjadega, nagu uhiuute eksoplaneetide avastamine – selle asemel räägib inimestest, kes annetavad ennastsalgavalt oma aega ja vaeva, et võimaldada suuri teadusavastusi rohkem teha tõhusalt.

Võtke James Webbi kosmoseteleskoop. See fenomenaalselt võimas teleskoop ei suuda mitte ainult identifitseerida eksoplaneete, vaid saab jälgida ka nende atmosfääri, mida ei suuda praktiliselt ükski teine ​​astronoomia tööriist. Kuid ööpäevas on ainult nii palju tunde ja aja vaatlemine on kõrgelt hinnatud.

"Meie juurde on tulnud professionaalsed astronoomid ja öelnud: "Hei, siin on see sihtmärk, mida ma tahan jälgida. Järgmise paari kuu jooksul koos James Webbiga, kas saate aidata meil seda eesmärki jälgida ja ajastust täpsustada?" Zellam ütles.

Seejärel töötavad Exoplanet Watchi amatöörastronoomid, et leida eksoplaneedi transiidiaegade piiranguid, nii et kui Webb teeb oma vaatlusi, on tal parim võimalik võimalus näha transiiti ja saada nii palju teavet sihtmärgi kohta kui ta ise saab.

„Exoplanet Watch tuleb läbi eelkontrolli või eelvaatluste tegemise. Aitame täpsustada ajastusi, et saaksime James Webbi tõhusamalt kasutada ja loodetavasti saaksime sellest palju rohkem teadust,“ selgitas Zellem.

Teleskoobid pööningul

Paljud inimesed, kes on siiani Exoplanet Watchile panustanud, on tõsised amatöörastronoomid, kes on aastaid veetnud muljetavaldavate teleskoopide loomisel ja on väga kogenud eksoplaneetide vaatlemisel. Kuid selline pühendumise ja varustuse tase pole üldse nõutav ning Zellem ja meeskond ootavad kõiki, kes on huvitatud vaatlemisest, nendega liituma.

Väikseim seni vaatlustel kasutatud teleskoop on vaid 3,5 tolli, mis on väikese starterteleskoobi jaoks tüüpiline suurus. Kuna enamik vaatlusi tehakse eredatest objektidest, pole väga võimsad koduteleskoobid hädavajalikud.

"Te ei vaja nende vaatluste tegemiseks väga suurt teleskoopi, " ütles Zellem. "Tegelikult saate kasutada palju teleskoope, mida inimesed võivad oma pööningul või garaažis või panipaigas riputada."

Vaatlejatel on abiks digikaamera, mille saab oma vaatluste salvestamiseks teleskoobi külge kinnitada, ja jälgimismehhanism, mis aitab jälgida sihtmärki, kui see üle taeva liigub. Kuid projekti sisenemise barjäär on madalam, kui võite arvata.

Ja neile, kes on mures eksimise ja andmete sassi ajamise pärast, ütleb Zellam, et mitme kasutaja tugevuseks on see, et andmeid saab võrrelda teiste andmetega. tähelepanekud: "Kui teil on üks kasutaja, kes teeb kogemata vea või kasutab oma andmete tõlgendamisel valesid väärtusi, võib suurem rühm neid andmeid välja rookida. vaatlejad."

Panustamine ilma teleskoobita

Isegi need, kellel pole üldse juurdepääsu teleskoobile, saavad Exoplanet Watchi projektis osaleda. Projekti teine ​​osa lisaks vaatlustele on andmete analüüs. Projektil on juurdepääs arhiiviandmetele, mis sisaldavad 6-tollise roboti 10 aasta andmeid teleskoop, mida nimetatakse autonoomseks observatooriumiks, mis asub Tucsonis, Arizonas, selle on annetanud grupp kutsus DIY Planet Search.

Selles andmekogumis on üle 2000 valguskõvera, mis võivad viidata eksoplaneedi transiidile, ja avalikkust kutsutakse aitama selle andmeanalüüsi tegemisel. Midagi erilist selle projekti puhul on aga see, et see ei ole lihtsustatud tüüpi andmete analüüs või klassifitseerimine, nagu on näha teistes kodanikuteaduse projektides, nagu need Zooniverse. Selle asemel saavad kodanike teadlased kasutada täpselt sama andmetöötlusprogrammi, mida kasutavad NASA spetsialistid.

NASA professionaalsed astronoomid olid andmeanalüüsi väljatöötamisel ja kasutamisel kulutanud juba kümme aastat tööriist nimega Exotic, mis optimeeriti nii, et see oleks eksoplaneetide uurimisel sama täpne ja kasulik kui võimalik. "Ja sai väga selgeks, et parim viis tagada, et meie kasutajad saaksid oma andmetest häid tulemusi, on lasta neil kasutada täpselt sama andmetööriista," ütles Zellem.

Tööriist on üles laaditud pilve, et oleks lihtsam ligi pääseda isegi mobiiltelefoniga, seega nüüd igaüks, kes tal on aega ja huvi õppida, kuidas töödelda eksoplaneedi andmeid, kasutades samu tööriistu, mis on professionaalid. Nad teevad läbi kõik sammud, alustades toorandmete võtmisest teleskoobist kuni vaadeldava eksoplaneedi tunnuste määramiseni.

Järgmise põlvkonna inspireerimine

Vaatlustel ja andmete analüüsimisel abi saamine on professionaalsete astronoomide jaoks ülioluline, kuid projekti eesmärk on tuua valdkonda rohkem inimesi.

"Kodanike teadusprojektina on meil teaduseesmärgid, aga ka hariduslikud eesmärgid," ütles Zellem, "et inspireerida STEM-i õppijate järgmist põlvkonda, inimesi, kes võiksid loodetavasti astronoomiasse minna."

See hõlmab kirgliku ja võimeka amatöörastronoomia kogukonna kaasamist, kuid see hõlmab ka uute inimeste kaasamist, kellel võib olla varem seda tüüpi teadusega vähe kogemusi või üldse mitte.

"Me kaasame inimesi, kes pole kunagi teinud eksoplaneetide pildistamist, astrofotograafiat ega isegi vaadanud läbi teleskoobi," ütles Zellem. Kogenumad rühmaliikmed õpetavad ja juhendavad projekti Slacki rühmas uusi liikmeid, toetavad üksteist ja aitavad neil õppida. "See on tõesti suurepärane grupp inimesi ja ma olen nende üle nii uhke."

Eksoplaneetide uurimise kuldaeg

Exoplanet Watchi projekt laieneb pidevalt, basseini lisatakse pidevalt uusi andmeallikaid, nii et inimestel on alati midagi uut, mille kallal töötada. Kuid Zellem soovib seda veelgi laiendada, nihutades väiksemate teleskoopidega vaadeldava piire.

Üks plaan on näha, kas piisavalt väikeseid koos töötavaid teleskoope suudavad vaadelda väiksemaid planeete, näiteks neid, mida nimetatakse supermaadeks. Teine pikaajaline eesmärk on teha rohkem peremeestähtede vaatlusi protsessis, mida nimetatakse tähtede varieeruvuse seireks, mis võib aidata eksoplaneedi transiidi täpsemal mõõtmisel.

Kuna iga kuu avastatakse rohkem eksoplaneete, on nii professionaalsete kui ka amatöörastronoomide potentsiaal avastuste tegemiseks piiritu.

"Tõesti tundub, et oleme eksoplaneetide uurimise kuldajastul ning selles valdkonnas töötada on uskumatu ja lõbus," ütles Zellam. "Ja ma tõesti arvan, et kodanikuteadus jääb sellest suureks osaks."

Toimetajate soovitused

• Vaadake NASA libiseva maoroboti uusimat versiooni
• Ülitundlik eksoplaneetide jahiseade salvestab oma esimesed valgusandmed
• NASA TESS on avastanud 5000 eksoplaneedi kandidaati
• NASA paljastas oma vett jahtiva kuukulguri maandumiskoha
• NASA soovib kasutada pisikest satelliiti, et aidata uurida eksoplaneetide atmosfääri