NASA-ina najnovija metoda za lov na egzoplanete? Uključiti vas

Od svih velikih, ambicioznih ciljeva u astronomiji trenutno, jedan od najuzbudljivijih je otkriće i karakterizacija egzoplaneta ili planeta izvan našeg Sunčevog sustava. Znamo da vjerojatno postoji onoliko egzoplaneta koliko i zvijezda u svemiru, i da je taj broj gotovo sigurno uključuje neke planete koji su poput Zemlje, zapravo, tek počinjemo zagrebati po površini otkrivanja ovih čudnih, novih svjetovi.

Astronomi imaju alate poput najsuvremenijih Svemirski teleskop James Webb kako bi im pomogli identificirati egzoplanete i zaviriti u njihove atmosfere, ali postoji samo toliko vremena za promatranje na raspolaganju na ovim velikim, slavnim teleskopima. Kako bi pomogla u pronalaženju novih egzoplaneta, NASA se okreće premalo iskorištenom resursu: znanstvenicima građanima.

Novoprošireni NASA-in program tzv Gledati egzoplanet poziva članove javnosti da pomognu u promatranju egzoplaneta koristeći iste metode analize podataka koje koriste profesionalci. Razgovarali smo s Robom kako bismo saznali kako to funkcionira i potencijal za otkrivanje pomoću ovog pristupa Zellem iz NASA-inog Laboratorija za mlazni pogon, astrofizičar i tvorac Exoplanet Watcha program.

Amaterske oči uprte u nebo

S obzirom da sada postoji više od 5000 poznatih egzoplaneta, mogli biste pomisliti da je te planete lako promatrati. Ali to nije slučaj. Većinu egzoplaneta nemoguće je izravno promatrati jer su puno manji i tamniji od zvijezda oko kojih kruže. Dakle, astronomi amateri, baš kao i profesionalci, oslanjaju se na neizravna opažanja kako bi znali da je planet tamo.

Primarni fokus Exoplanet Watcha je promatranje vrste planeta koji se zove vrući Jupiter - "veliki planeti oko svijetlih zvijezda", kako ih Zellem opisuje - i promatranje njihovih tranzita. Tranzit se događa kada jedan od planeta prođe između nas i svoje zvijezde domaćina, privremeno čineći svjetlost zvijezde domaćina prigušenom. Promatrajući točno vrijeme i količinu ovog pada svjetline, astronomi mogu utvrditi koliki je planet i koliko daleko kruži od svoje zvijezde.

Ovo je ista metoda koju koriste mnogi profesionalni teleskopi za lov na egzoplanete, poput NASA-inog Transitinga Exoplanet Survey Satellite (TESS) ili karakterističan ExOPlanet Satellite Europske svemirske agencije (KEOPS). Oba su svemirski teleskopi, što znači da imaju izvrstan pogled na svemir bez Zemljine atmosfere, ali vrijeme promatranja na njima je izuzetno ograničeno.

Drugi zemaljski profesionalni teleskopi također promatraju egzoplanete, ali se suočavaju s velikom i nepredvidivom preprekom: vremenom. Ako je nad zvjezdarnicom oblačno nebo, izgubljena su cijela noćna promatranja - nešto s čime se susreo svaki profesionalni astronom. "Postoji mnogo noći koje sam osobno izgubio na jugozapadu Sjedinjenih Država ili Mauna Kea na Havajima, zbog vremena", rekao je Zellem. "To je rizik kojem se izlažete dobivanjem vremena na bilo kojem profesionalnom opservatoriju."

Exoplanet Watch je, međutim, mreža astronoma amatera iz cijeloga svijeta. Imajući promatrače koji očitavaju s toliko različitih lokacija, učinci vremena su ublaženi. Čak i ako je na jednoj lokaciji oblačno, promatrači na drugim mjestima mogu imati jasan pogled.

Zajednički rad diljem svijeta

Mreža također omogućuje promatranje egzoplaneta koje bi bilo nemoguće promatrati jednom korisniku. Egzoplanet plinovitog diva tzv HD 80606 b, na primjer, treba preko 12 sati da prođe kroz svoju zvijezdu. Astronomi moraju ne samo promatrati cijelo trajanje ovog tranzita, već moraju promatrati i prije i poslije tranzita do koristiti kao osnovnu liniju, a jednostavno nema dovoljno duge noći za promatranje punog vremena bilo gdje na planetu osim ekstremnog motke.

U prosincu 2021. članovi Exoplanet Watcha radili su zajedno kako bi promatrali ovaj puni tranzit od početka do kraja, počevši od korisnika u istočnoj Aziji, koji su zatim predali zapažanja onima u Indiji, zatim Europi, pa Sjevernoj Americi, prije nego što su se vratili korisnicima u Japan.

Podaci svih tih promatrača u razdoblju od 24 sata prikupljeni su zajedno kako bi se dobili ekvivalentni podaci za teleskop spojen na balon koji je plutao cijelim putem oko svijeta i promatrao u hodu.

Olakšavanje opažanja drugih

Zellem i drugi članovi tima Exoplanet Watch žele osigurati da astronomi amateri koji rade na projektu priznat je njihov doprinos, a mnogi su istaknuti kao glavni autori u akademske publikacije o njihovom radu. No velik dio posla koji je projekt obavio nije oko blještavih naslova poput otkrivanja potpuno novih egzoplaneta - umjesto toga, je o ljudima koji nesebično doniraju svoje vrijeme i trud kako bi omogućili da se velika znanstvena otkrića postižu više efikasno.

Uzmimo svemirski teleskop James Webb. Ovaj fenomenalno snažan teleskop ne samo da može identificirati egzoplanete, već može i promatrati njihovu atmosferu, nešto što praktički nijedan drugi alat u astronomiji ne može. Ali postoji samo toliko sati u danu, a promatranje vremena je visoko cijenjeno.

"Dolazili su nam profesionalni astronomi i govorili: 'Hej, postoji jedna meta koju želim promatrati u sljedećih nekoliko mjeseci s Jamesom Webbom, možete li nam pomoći promatrati ovaj cilj i precizirati tajming?'" Zellam rekao je.

Zatim astronomi amateri u Exoplanet Watchu rade na pronalaženju ograničenja vremena prolaska egzoplaneta, pa kada Webb vrši svoja promatranja, ima najbolju moguću priliku vidjeti tranzit i dobiti što više informacija o meti limenka.

“Ono što Exoplanet Watch dolazi u obzir je provođenje ove prethodne provjere ili pretpromatranja. Pomažemo u preciziranju vremena kako bismo mogli učinkovitije koristiti Jamesa Webba i nadamo se da ćemo iz toga izvući mnogo više znanosti,” objasnio je Zellem.

Teleskopi na tavanu

Mnogi od ljudi koji su do sada pridonijeli Exoplanet Watchu ozbiljni su astronomi amateri koji proveli su godine gradeći impresivne teleskope i vrlo su iskusni u promatranju egzoplaneta. Ali ta razina predanosti i opreme uopće nije potrebna, a Zellem i tim pozivaju sve koji su zainteresirani za promatranje da im se pridruže.

Najmanji teleskop korišten u promatranjima do sada je samo 3,5 inča, što je tipična veličina za mali početni teleskop. Budući da se većina promatranja vrši na svijetlim objektima, vrlo snažni kućni teleskopi nisu neophodni.

"Ne treba vam jako veliki teleskop za ova promatranja", rekao je Zellem. "Možete zapravo koristiti puno teleskopa koje ljudi možda drže na svojim tavanima, u garažama ili u skladištu."

Promatračima je od pomoći da imaju digitalnu kameru za spajanje na svoj teleskop kako bi zabilježili svoja opažanja i mehanizam za praćenje koji im pomaže pratiti metu dok se kreće nebom. Ali barijera za ulazak u projekt niža je nego što možete zamisliti.

A za one koji se brinu da će pogriješiti i zabrljati podatke, Zellam kaže da je prednost višestrukih korisnika to što se podaci mogu provjeriti s drugim opažanja: "Ako imate jednog korisnika koji slučajno pogriješi ili koristi pogrešne vrijednosti prilikom tumačenja svojih podataka, te podatke može ukloniti veća skupina promatrači.”

Doprinos bez teleskopa

Čak i oni koji uopće nemaju pristup teleskopu još uvijek se mogu uključiti u projekt Exoplanet Watch. Druga grana projekta, uz promatranja, je analiza podataka. Projekt ima pristup arhivskim podacima koji uključuju 10 godina podataka iz 6-inčnog robota teleskop, nazvan autonomni opservatorij, smješten u Tucsonu, Arizona, donirao ga je grupa tzv DIY Planet Search.

U ovom skupu podataka postoji više od 2000 svjetlosnih krivulja koje bi mogle ukazivati ​​na tranzit egzoplaneta, a javnost se poziva da pomogne u ovoj analizi podataka. Međutim, nešto posebno u vezi s ovim projektom je to što to nije pojednostavljena vrsta analize podataka ili klasifikacije, kao što se vidi u drugim projektima građanske znanosti poput onih na Zooniverse. Umjesto toga, znanstvenici građani mogu koristiti potpuno isti program za obradu podataka koji koriste profesionalci u NASA-i.

Profesionalni astronomi u NASA-i već su proveli desetljeće razvijajući i upotrebljavajući analizu podataka alat pod nazivom Exotic, koji je optimiziran da bude jednako točan i koristan za istraživanje egzoplaneta moguće. "I postalo je vrlo očito da je najbolji način da osiguramo da naši korisnici dobivaju dobre rezultate iz svojih podataka bio da im dopustimo da koriste isti alat za podatke", rekao je Zellem.

Alat je prenesen u oblak kako bi mu se lakše pristupilo čak i na mobilnom telefonu, pa sada svatko tko ima vremena i interesa može naučiti kako obrađivati ​​podatke o egzoplanetima koristeći iste alate kao i profesionalci. Oni prolaze kroz svaki korak, od uzimanja neobrađenih podataka s teleskopa do određivanja značajki promatranog egzoplaneta.

Nadahnjujući sljedeću generaciju

Dobivanje pomoći u promatranju i analizi podataka ključno je za profesionalne astronome, ali projekt također ima za cilj privući više ljudi na ovo područje.

"Kao građanski znanstveni projekt, imamo znanstvene ciljeve, ali i obrazovne ciljeve," rekao je Zellem, "kako bismo inspirirali sljedeću generaciju učenika STEM-a, ljude koji bi se, nadamo se, mogli baviti astronomijom."

To uključuje uključivanje strastvene i sposobne amaterske astronomske zajednice, ali također uključuje i dovođenje novih ljudi koji su možda prije imali malo ili nimalo iskustva s ovom vrstom znanosti.

"Uključujemo ljude koji nikada nisu snimali egzoplanete, nikada nisu radili astrofotografiju ili čak gledali kroz teleskop", rekao je Zellem. Iskusniji članovi grupe podučavaju i usmjeravaju nove članove Slack grupe projekta, podupiru jedni druge i pomažu im u učenju. "To je stvarno sjajna grupa ljudi i jako sam ponosan na njih."

Zlatno doba istraživanja egzoplaneta

Projekt Exoplanet Watch neprestano se širi, s novim izvorima podataka koji se stalno dodaju u skup tako da uvijek postoji nešto novo na čemu ljudi mogu raditi. Ali Zellem ga želi još više proširiti, pomičući granice onoga što se može promatrati manjim teleskopima.

Jedan od planova je vidjeti može li dovoljno malih teleskopa koji rade zajedno promatrati manje planete, poput onih koji se nazivaju super-Zemlje. Još jedan dugoročni cilj je više promatranja zvijezda domaćina u procesu koji se zove praćenje varijabilnosti zvijezda, što može pomoći u preciznijim mjerenjima tranzita egzoplaneta.

S više egzoplaneta koji se otkrivaju svaki mjesec, potencijal profesionalnih i amaterskih astronoma za otkrića je neograničen.

“Stvarno se čini kao da smo u zlatnom dobu istraživanja egzoplaneta i nevjerojatno je i jako zabavno raditi na ovom polju”, rekao je Zellam. "I stvarno mislim da će građanska znanost i dalje biti veliki dio ovoga."

Preporuke urednika

• Pogledajte najnoviju verziju NASA-inog klizećeg robota zmije
• Super-osjetljivi instrument za lov na egzoplanete bilježi svoje prve svjetlosne podatke
• NASA-in TESS otkrio je 5000 kandidata za egzoplanete
• NASA otkriva mjesto slijetanja svog lunarnog rovera koji lovi vodu
• NASA želi upotrijebiti maleni satelit za pomoć u istraživanju atmosfere egzoplaneta