NASAn uusin menetelmä eksoplaneettojen metsästykseen? Ottaa sinut mukaan

Kaikista suurista, kunnianhimoisista tähtitieteen tavoitteista tällä hetkellä yksi jännittävimmistä on eksoplaneettojen tai aurinkokuntamme ulkopuolisten planeettojen löytäminen ja karakterisointi. Tiedämme, että eksoplaneettoja on todennäköisesti yhtä monta kuin on tähtiä maailmankaikkeudessa, ja tämä määrä on lähes varmasti sisältää joitain planeettoja, jotka ovat kuin maa. Itse asiassa alamme juuri raapia pintaa löytääksemme nämä omituiset, maailmoja.

Tähtitieteilijöillä on työkaluja, kuten huippuluokan työkaluja James Webbin avaruusteleskooppi auttaa heitä tunnistamaan eksoplaneetat ja kurkistamaan niiden ilmakehään, mutta näillä suurilla, kuuluisilla kaukoputkilla on käytettävissä vain niin paljon tarkkailuaikaa. Joten auttaakseen löytämään uusia eksoplaneettoja NASA kääntyy alihyödynnetyn resurssin: kansalaistieteilijöiden puoleen.

Äskettäin laajennettu NASA-ohjelma nimeltä Exoplanet Watch kutsuu suuren yleisön auttamaan eksoplaneettojen tarkkailussa samoilla data-analyysimenetelmillä, joita ammattilaiset käyttävät. Puhuimme Robin kanssa saadaksemme tietoa sen toiminnasta ja tämän lähestymistavan avulla saavutetuista löytömahdollisuuksista Zellem NASAn Jet Propulsion Laboratorysta, astrofyysikko ja Exoplanet Watchin luoja ohjelmoida.

Amatöörin silmät taivaalla

Koska tällä hetkellä tunnetaan yli 5 000 eksoplaneettoa, saatat ajatella, että näitä planeettoja on helppo tarkkailla. Mutta näin ei ole. Useimpia eksoplaneettoja on mahdoton tarkkailla suoraan, koska ne ovat paljon pienempiä ja himmeämpiä kuin tähdet, joiden ympärillä ne kiertävät. Joten amatööritähtitieteilijät, aivan kuten ammattilaiset, luottavat epäsuoriin havaintoihin kertoakseen heille, että planeetta on olemassa.

Exoplanet Watchin ensisijaisena tavoitteena on tarkastella kuumaksi Jupiteriksi kutsuttua planeettatyyppiä - "suuria planeettoja kirkkaiden tähtien ympärillä", kuten Zellem niitä kuvailee - ja tarkkailla niiden kulkua. Kauttakulku tapahtuu, kun yksi planeetoista kulkee meidän ja sen isäntätähden välillä, jolloin isäntätähden valo himmenee väliaikaisesti. Tarkkailemalla tämän kirkkauden pudotuksen tarkkaa ajoitusta ja määrää tähtitieteilijät voivat selvittää planeetan suuren ja kuinka kaukana se kiertää tähdestä.

Tämä on sama menetelmä, jota monet ammattimaiset eksoplaneettoja metsästävät teleskoopit, kuten NASAn Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) tai Euroopan avaruusjärjestön tunnusmerkki ExOPlanet Satellite (CHEOPS). Nämä ovat molemmat avaruusteleskooppeja, mikä tarkoittaa, että niillä on upea näkymä avaruuteen, jota Maan ilmakehä ei estä, mutta havainnointiaika niillä on erittäin rajallinen.

Myös muut maassa olevat ammattiteleskoopit tarkkailevat eksoplaneettoja, mutta ne kohtaavat suuren ja arvaamattoman esteen: sään. Jos observatorion yllä on pilvinen taivas, koko yön havainnot menetetään – jokainen ammattitähtitieteilijä on käsitellyt tätä. "Olen menettänyt monia iltoja henkilökohtaisesti Yhdysvaltojen lounaisosassa tai Mauna Keassa Havaijilla sään vuoksi", Zellem sanoi. "Se on riski, jonka otat saamalla aikaa mihin tahansa satunnaiseen ammatilliseen observatorioon."

Exoplanet Watch on kuitenkin amatööritähtitieteilijöiden verkosto eri puolilta maailmaa. Kun tarkkailijat ottavat lukemia niin monista eri paikoista, sään vaikutuksia lievennetään. Vaikka yhdessä paikassa olisi pilvistä, muissa paikoissa tarkkailijoilla voi olla selkeä näkymä.

Yhteistyötä ympäri maailmaa

Verkko mahdollistaa myös sellaisten eksoplaneettojen havainnoinnin, joita yksittäinen käyttäjä ei pystyisi tarkkailemaan. Kaasujättiläinen eksoplaneetta nimeltään HD 80606 besimerkiksi kestää yli 12 tuntia kulkea sen tähden. Tähtitieteilijöiden ei tarvitse ainoastaan ​​tarkkailla tämän kauttakulun koko kestoa, vaan heidän on myös tehtävä havaintoja ennen ja jälkeen kuljetuksen käyttää lähtötilanteena, eikä yksinkertaisesti ole tarpeeksi pitkää yötä tarkkailla koko ajan missään muualla kuin äärimmäisissä pylväät.

Joulukuussa 2021 Exoplanet Watchin jäsenet työskentelivät yhdessä tarkkaillakseen tätä täyttä kauttakulkua alusta loppuun käyttäjistä alkaen. Itä-Aasiassa, jotka sitten luovuttivat havainnot Intiassa, sitten Euroopassa ja sitten Pohjois-Amerikassa oleville, ennen kuin palasivat käyttäjille Japani.

Kaikkien näiden tarkkailijoiden tiedot 24 tunnin ajalta koottiin yhteen saadakseen vastaavat tiedot kaukoputkeen, joka oli kiinnitetty ympäri maailmaa kelluvaan ilmapalloon ja tarkkailemaan sen kulkua.

Muiden havaintojen helpottaminen

Zellem ja muut Exoplanet Watch -tiimin jäsenet haluavat varmistaa, että amatööritähtitieteilijät jotka työskentelevät projektin parissa, heidän panoksensa tunnustetaan, ja monet ovat olleet mukana pääkirjoittajina sisään akateemisia julkaisuja heidän työstään. Suurin osa projektin tekemästä työstä ei kuitenkaan liity näyttäviin otsikoihin, kuten upouusien eksoplaneettojen löytämiseen – sen sijaan kertoo ihmisistä, jotka uhraavat epäitsekkäästi aikaansa ja vaivaansa mahdollistaakseen suurten tieteellisten löytöjen tekemisen tehokkaasti.

Ota James Webbin avaruusteleskooppi. Tämä ilmiömäisen voimakas teleskooppi ei voi vain tunnistaa eksoplaneettoja, vaan se voi myös tarkkailla niiden ilmakehää, mitä käytännössä mikään muu tähtitieteen työkalu ei pysty tekemään. Mutta vuorokaudessa on vain niin monta tuntia, ja ajan tarkkailua arvostetaan suuresti.

"Meillä on ollut ammattitähtitieteilijöitä, jotka ovat tulleet luoksemme ja sanoneet: "Hei, tässä on tämä kohde, jota haluan tarkkailla muutaman seuraavan kuukauden aikana James Webbin kanssa, voitko auttaa meitä tarkkailemaan tätä tavoitetta ja tarkentamaan ajoitusta?" Zellam sanoi.

Sitten Exoplanet Watchin amatööritähtitieteilijät etsivät rajoituksia eksoplaneetan kulkuaikojen suhteen, joten kun Webb tekee havaintojaan, sillä on parhaat mahdolliset mahdollisuudet nähdä kauttakulku ja saada yhtä paljon tietoa kohteesta kuin se voi.

"Exoplanet Watch tulee tekemään tämän ennakkotarkastuksen tai ennakkotarkkailut. Autamme tarkentamaan ajoituksia, jotta voimme käyttää James Webbia tehokkaammin ja toivottavasti saamme siitä paljon enemmän irti", Zellem selitti.

Teleskoopit ullakolla

Monet Exoplanet Watchiin tähän mennessä osallistuneet ihmiset ovat vakavia amatööritähtitieteilijöitä, jotka ovat käyttäneet vuosia vaikuttavien kaukoputkien rakentamiseen ja ovat erittäin kokeneita eksoplaneettojen havainnoissa. Mutta tällaista sitoutumista ja varustelutasoa ei vaadita ollenkaan, ja Zellem ja tiimi toivottavat kaikki tarkkailemisesta kiinnostuneet tervetulleiksi mukaan.

Pienin tähän mennessä havainnoissa käytetty kaukoputki on vain 3,5 tuumaa, mikä on tyypillinen koko pienelle aloitusteleskoopille. Koska useimmat havainnot tehdään kirkkaista esineistä, erittäin tehokkaat kotiteleskoopit eivät ole välttämättömiä.

"Et tarvitse kovin suurta teleskooppia näiden havaintojen tekemiseen", Zellem sanoi. "Voit itse asiassa käyttää monia teleskooppeja, joita ihmiset voivat viettää ullakoillaan, autotalleissaan tai varastoissaan."

Tarkkailijoille on hyödyllistä kiinnittää kaukoputkeen digitaalikamera havaintojensa tallentamista varten, ja seurantamekanismi, joka auttaa seuraamaan kohdetta sen liikkuessa taivaalla. Mutta hankkeeseen pääsyn este on alhaisempi kuin voisi kuvitella.

Ja niille, jotka ovat huolissaan virheestä ja tietojen sotkemisesta, Zellam sanoo, että useiden käyttäjien vahvuus on se, että tietoja voidaan verrata muihin. havainnot: "Jos sinulla on yksi käyttäjä, joka tekee vahingossa virheen tai käyttää vääriä arvoja tulkittaessa tietojaan, suurempi joukko voi karsia nämä tiedot pois. tarkkailijat."

Osallistuminen ilman kaukoputkea

Myös ne, joilla ei ole kaukoputkea ollenkaan, voivat silti osallistua Exoplanet Watch -projektiin. Hankkeen toinen osa havaintojen lisäksi on data-analyysi. Projektilla on pääsy arkistotietoihin, jotka sisältävät 10 vuoden dataa 6 tuuman robotista kaukoputki, jota kutsutaan autonomiseksi observatorioksi, sijaitsee Tucsonissa, Arizonassa, sen on lahjoittanut ryhmä kutsui DIY Planet Search.

Tässä tietojoukossa on yli 2 000 valokäyrää, jotka voivat viitata eksoplaneetan kauttakulkuun, ja yleisöä pyydetään auttamaan tässä data-analyysissä. Jotain erityistä tässä projektissa on kuitenkin se, että se ei ole yksinkertaistettu data-analyysi tai luokittelu, kuten muissa kansalaistieteen projekteissa, kuten Zooniverse. Sen sijaan kansalaistutkijat voivat käyttää täsmälleen samaa tietojenkäsittelyohjelmaa, jota NASAn ammattilaiset käyttävät.

NASAn ammattitähtitieteilijät olivat käyttäneet jo vuosikymmenen data-analyysin kehittämiseen ja käyttämiseen Exotic-niminen työkalu, joka on optimoitu olemaan yhtä tarkka ja hyödyllinen eksoplaneettojen tutkimuksessa kuin mahdollista. "Ja kävi hyvin ilmeiseksi, että paras tapa varmistaa, että käyttäjämme saavat hyviä tuloksia tiedoistaan, oli antaa heidän käyttää täsmälleen samaa datatyökalua", Zellem sanoi.

Työkalu on ladattu pilveen, jotta sitä olisi helpompi käyttää jopa matkapuhelimella, joten nyt kuka tahansa on aikaa ja kiinnostusta oppia käsittelemään eksoplaneetan dataa samoilla työkaluilla kuin ammattilaisia. He käyvät läpi jokaisen vaiheen raakadatan ottamisesta kaukoputkesta havaitun eksoplaneetan ominaisuuksien määrittämiseen.

Inspiroi seuraavaa sukupolvea

Ammattitähtitieteilijöille on tärkeää saada apua havainnoissa ja data-analyysissä, mutta hankkeen tavoitteena on myös saada lisää ihmisiä alalle.

"Kansalaisen tiedeprojektina meillä on tieteellisiä tavoitteita, mutta myös koulutustavoitteita", Zellem sanoi, "inspiroidakseen seuraavan sukupolven STEM-oppilaiden, ihmisiä, jotka saattavat toivottavasti mennä tähtitiedettä."

Siihen sisältyy intohimoisen ja osaavan tähtitieteilijäyhteisön sitouttaminen, mutta se sisältää myös uusien ihmisten tuomisen, joilla on ehkä ollut vähän tai ei ollenkaan kokemusta tämänkaltaisesta tieteestä aiemmin.

"Saamme mukaan ihmisiä, jotka eivät ole koskaan tehneet eksoplaneettakuvausta, eivät koskaan tehneet astrovalokuvausta tai edes katsoneet kaukoputken läpi", Zellem sanoi. Kokeneemmat ryhmän jäsenet opettavat ja ohjaavat uusia jäseniä projektin Slack-ryhmässä, tukevat toisiaan ja auttavat heitä oppimaan. "Se on todella hieno joukko ihmisiä, ja olen niin ylpeä heistä."

Eksoplaneettojen tutkimuksen kulta-aika

Exoplanet Watch -projekti laajenee jatkuvasti, ja uusia tietolähteitä lisätään jatkuvasti, joten ihmisillä on aina jotain uutta työstettävänä. Mutta Zellem haluaa laajentaa sitä entisestään ja työntää pienempien kaukoputkien havainnoinnin rajoja.

Eräänä suunnitelmana on selvittää, pystyvätkö riittävät pienet yhdessä toimivat kaukoputket tarkkailemaan pienempiä planeettoja, kuten super-maita. Toinen pitkän aikavälin tavoite on tehdä enemmän havaintoja isäntätähdistä prosessissa, jota kutsutaan tähtien vaihtelevuuden tarkkailuksi, mikä voi auttaa tarkempien mittausten tekemisessä eksoplaneettojen kauttakulkujen aikana.

Kun joka kuukausi löydetään lisää eksoplaneettoja, sekä ammatti- että amatööritähtitieteilijöiden mahdollisuudet tehdä löytöjä ovat rajattomat.

"Tuntuu todella siltä, ​​että elämme eksoplaneettojen tutkimuksen kulta-aikaa, ja on uskomatonta ja hauskaa päästä työskentelemään tällä alalla", Zellam sanoi. "Ja uskon todella, että kansalaistiede on jatkossakin suuri osa tästä."

Toimittajien suositukset

• Katso uusin versio NASAn liukuvasta käärmerobotista
• Erittäin herkkä eksoplaneettojen metsästyslaite tallentaa ensimmäiset valotietonsa
• NASAn TESS on löytänyt 5 000 eksoplaneettaehdokasta
• NASA paljastaa laskeutumispaikan vettä metsästävälle kuukulkijalleen
• NASA haluaa käyttää pientä satelliittia auttaakseen tutkimaan eksoplaneettojen ilmakehää