L'ultimo metodo della NASA per dare la caccia agli esopianeti? Arruolarti

Di tutti i grandi e ambiziosi obiettivi dell'astronomia in questo momento, uno dei più entusiasmanti è la scoperta e la caratterizzazione di esopianeti, o pianeti al di fuori del nostro sistema solare. Sappiamo che probabilmente ci sono tanti esopianeti quante sono le stelle nell'universo, e che questo numero è quasi certamente include alcuni pianeti che sono come la Terra, infatti, stiamo appena iniziando a grattare la superficie della scoperta di questi strani, nuovi mondi.

Gli astronomi hanno strumenti come l'avanguardia Telescopio spaziale James Webb per aiutarli a identificare gli esopianeti e scrutare le loro atmosfere, ma c'è poco tempo di osservazione disponibile su questi grandi e famosi telescopi. Quindi, per aiutare a trovare nuovi esopianeti, la NASA si sta rivolgendo a una risorsa sottoutilizzata: i cittadini scienziati.

Un programma della NASA appena ampliato chiamato Osservazione degli esopianeti invita i membri del pubblico ad aiutare a osservare gli esopianeti utilizzando gli stessi metodi di analisi dei dati utilizzati dai professionisti. Per sapere come funziona e il potenziale di scoperta utilizzando questo approccio, abbiamo parlato con Rob Zellem del Jet Propulsion Laboratory della NASA, astrofisico e creatore dell'Exoplanet Watch programma.

Occhi amatoriali al cielo

Dato che ora ci sono oltre 5.000 esopianeti conosciuti, potresti pensare che questi pianeti siano facili da osservare. Ma non è così. La maggior parte degli esopianeti è impossibile da osservare direttamente, perché sono molto più piccoli e più deboli delle stelle attorno alle quali orbitano. Così gli astrofili, proprio come i professionisti, si affidano a osservazioni indirette per far loro sapere che un pianeta è lì.

L'obiettivo principale di Exoplanet Watch è guardare un tipo di pianeta chiamato Giove caldo - "grandi pianeti attorno a stelle luminose", come li descrive Zellem - e osservare i loro transiti. Un transito si verifica quando uno dei pianeti passa tra noi e la sua stella ospite, rendendo temporaneamente più fioca la luce della stella ospite. Osservando il momento esatto e la quantità di questo calo di luminosità, gli astronomi possono capire quanto è grande il pianeta e quanto lontano orbita dalla sua stella.

Questo è lo stesso metodo utilizzato da molti telescopi professionali per la caccia agli esopianeti, come Transiting della NASA Exoplanet Survey Satellite (TESS) o satellite ExOPlanet caratterizzante dell'Agenzia spaziale europea (CHEOPE). Questi sono entrambi telescopi spaziali, il che significa che ottengono un'ottima visione dello spazio non ostruita dall'atmosfera terrestre, ma il tempo di osservazione su di essi è estremamente limitato.

Anche altri telescopi professionali terrestri osservano esopianeti, ma devono affrontare un grosso e imprevedibile ostacolo: il tempo. Se ci sono cieli nuvolosi sopra un osservatorio, le osservazioni di un'intera notte andranno perse - qualcosa con cui ogni astronomo professionista ha affrontato. "Ci sono molte notti che ho perso personalmente nel sud-ovest degli Stati Uniti, o Mauna Kea alle Hawaii, a causa del tempo", ha detto Zellem. "Questo è il rischio che corri trovando tempo in qualsiasi osservatorio professionale casuale."

Exoplanet Watch, tuttavia, è una rete di astronomi dilettanti di tutto il mondo. Avendo osservatori che effettuano letture da così tanti luoghi diversi, gli effetti del tempo sono mitigati. Anche se è nuvoloso in un luogo, gli osservatori in altri luoghi possono avere una visione chiara.

Lavorare insieme in tutto il mondo

La rete consente anche l'osservazione di esopianeti che sarebbe impossibile osservare per un singolo utente. Un esopianeta gigante gassoso chiamato HD 80606 b, ad esempio, impiega più di 12 ore per transitare sulla sua stella. Gli astronomi devono non solo osservare l'intera durata di questo transito, ma devono anche effettuare osservazioni prima e dopo il transito a utilizzare come base di riferimento e semplicemente non c'è una notte abbastanza lunga per osservare il tempo pieno in qualsiasi parte del pianeta diversa dall'estremo poli.

Nel dicembre 2021, i membri di Exoplanet Watch hanno lavorato insieme per osservare questo transito completo dall'inizio alla fine, a cominciare dagli utenti nell'Asia orientale, che ha poi passato le osservazioni a quelli in India, poi in Europa, poi in Nord America, prima di tornare agli utenti in Giappone.

I dati di tutti questi osservatori nell'arco di 24 ore sono stati riuniti per ottenere i dati equivalenti a un telescopio collegato a un pallone che galleggiava intorno al mondo e osservava mentre procedeva.

Facilitare le osservazioni di altri

Zellem e altri membri del team Exoplanet Watch sono desiderosi di garantire che gli astronomi dilettanti che lavorano al progetto hanno il loro contributo riconosciuto e molti sono stati descritti come autori principali In pubblicazioni accademiche sul loro lavoro. Ma gran parte del lavoro svolto dal progetto non riguarda titoli appariscenti come la scoperta di nuovi esopianeti, ma riguarda le persone che donano disinteressatamente il loro tempo e i loro sforzi per consentire di fare più grandi scoperte scientifiche in modo efficiente.

Prendi il telescopio spaziale James Webb. Questo telescopio straordinariamente potente non solo può identificare gli esopianeti, ma può anche osservare le loro atmosfere, cosa che praticamente nessun altro strumento in astronomia può fare. Ma ci sono solo così tante ore in un giorno e il tempo di osservazione è molto apprezzato.

"Abbiamo avuto astronomi professionisti che sono venuti da noi e ci hanno detto: 'Ehi, c'è questo obiettivo che voglio osservare in nei prossimi mesi con James Webb, puoi aiutarci a rispettare questo obiettivo e perfezionare i tempi?'” Zellam disse.

Quindi gli astrofili di Exoplanet Watch lavorano per trovare i vincoli sui tempi di transito degli esopianeti, quindi quando Webb fa le sue osservazioni, ha la migliore possibilità possibile di vedere il transito e ottenere quante più informazioni sull'obiettivo Potere.

“Dove Exoplanet Watch entra in gioco è facendo questo pre-controllo o pre-osservazione. Stiamo aiutando a perfezionare i tempi in modo da poter utilizzare James Webb in modo più efficiente e, si spera, ottenere molta più scienza da esso ", ha spiegato Zellem.

Telescopi in soffitta

Molte delle persone che finora hanno contribuito a Exoplanet Watch sono astronomi dilettanti seri che hanno passato anni a costruire telescopi impressionanti e sono molto esperti nelle osservazioni di esopianeti. Ma quel livello di impegno e attrezzatura non è affatto richiesto, e Zellem e il team danno il benvenuto a chiunque sia interessato a osservare per unirsi a loro.

Il telescopio più piccolo utilizzato finora nelle osservazioni è di soli 3,5 pollici, che è una dimensione tipica per un piccolo telescopio iniziale. Poiché la maggior parte delle osservazioni sono fatte di oggetti luminosi, i telescopi domestici molto potenti non sono essenziali.

"Non hai bisogno di un telescopio molto grande per fare queste osservazioni", ha detto Zellem. "In realtà puoi usare molti telescopi che le persone potrebbero avere nelle loro soffitte, nei loro garage o nel loro magazzino."

È utile per gli osservatori avere una fotocamera digitale da collegare al proprio telescopio per registrare le proprie osservazioni e un meccanismo di tracciamento per aiutare a seguire un bersaglio mentre si muove attraverso il cielo. Ma la barriera per l'ingresso nel progetto è più bassa di quanto si possa immaginare.

E per coloro che sono preoccupati di commettere errori e incasinare i dati, Zellam afferma che un punto di forza dell'avere più utenti è che i dati possono essere confrontati con altri osservazioni: "Se hai un utente che commette accidentalmente un errore o utilizza i valori sbagliati durante l'interpretazione dei propri dati, quei dati possono essere eliminati dal gruppo più ampio di osservatori”.

Contribuire senza telescopio

Anche coloro che non hanno accesso a un telescopio possono comunque essere coinvolti nel progetto Exoplanet Watch. Un secondo ramo del progetto, oltre alle osservazioni, è l'analisi dei dati. Il progetto ha accesso a dati di archivio che includono 10 anni di dati da un robot da 6 pollici telescopio, chiamato osservatorio autonomo, situato a Tucson, in Arizona, è stato donato da a gruppo chiamato Ricerca planetaria fai da te.

In questo set di dati ci sono oltre 2.000 curve di luce che potrebbero essere indicative di un transito di esopianeti e il pubblico è invitato ad aiutare con questa analisi dei dati. Qualcosa di speciale in questo progetto, tuttavia, è che non è un tipo semplificato di analisi o classificazione dei dati, come visto in altri progetti di citizen science come quelli su Zooniverso. Invece, i cittadini scienziati possono utilizzare esattamente lo stesso programma di elaborazione dati utilizzato dai professionisti della NASA.

Gli astronomi professionisti della NASA avevano già trascorso un decennio a sviluppare e utilizzare un'analisi dei dati strumento chiamato Exotic, che è stato ottimizzato per essere accurato e utile per la ricerca sugli esopianeti come possibile. "Ed è diventato molto evidente che il modo migliore per assicurarsi che i nostri utenti ottenessero buoni risultati dai loro dati era consentire loro di utilizzare lo stesso identico strumento di dati", ha affermato Zellem.

Lo strumento è stato caricato nel cloud per facilitare l'accesso anche su un telefono cellulare, quindi ora chiunque ha il tempo e l'interesse può imparare come elaborare i dati degli esopianeti utilizzando gli stessi strumenti del professionisti. Eseguono ogni passaggio, dall'estrazione di dati grezzi da un telescopio alla determinazione delle caratteristiche di un esopianeta osservato.

Ispirando la prossima generazione

Ottenere aiuto con le osservazioni e l'analisi dei dati è fondamentale per gli astronomi professionisti, ma il progetto mira anche a portare più persone sul campo.

"Come progetto di citizen science, abbiamo obiettivi scientifici, ma anche obiettivi educativi", ha detto Zellem, "per ispirare la prossima generazione di studenti STEM, persone che si spera possano dedicarsi all'astronomia".

Ciò include coinvolgere l'appassionata e capace comunità di astronomia amatoriale, ma implica anche coinvolgere nuove persone che potrebbero aver avuto poca o nessuna esperienza con questo tipo di scienza prima.

"Stiamo coinvolgendo persone che non hanno mai fatto l'imaging di esopianeti, mai fatto astrofotografia o nemmeno guardato attraverso un telescopio", ha detto Zellem. I membri del gruppo più esperti stanno insegnando e guidando i nuovi membri nel gruppo Slack del progetto, sostenendosi a vicenda e aiutandoli ad apprendere. "È davvero un grande gruppo di persone e sono così orgoglioso di loro."

Un'età d'oro della ricerca sugli esopianeti

Il progetto Exoplanet Watch è in continua espansione, con nuove fonti di dati che vengono costantemente aggiunte al pool, quindi c'è sempre qualcosa di nuovo su cui le persone possono lavorare. Ma Zellem vuole espanderlo ulteriormente, spingendo i limiti di ciò che può essere osservato con telescopi più piccoli.

Un piano è vedere se abbastanza piccoli telescopi che lavorano in concerto possono osservare pianeti più piccoli, come quelli chiamati super-Terre. Un altro obiettivo a lungo termine è quello di effettuare più osservazioni delle stelle ospiti in un processo chiamato monitoraggio della variabilità stellare, che può aiutare con misurazioni più precise dei transiti degli esopianeti.

Con più esopianeti scoperti ogni mese, il potenziale per gli astronomi professionisti e dilettanti di fare scoperte è illimitato.

"Sembra davvero di essere in un'età d'oro della ricerca sugli esopianeti, ed è incredibile e molto divertente poter lavorare in questo campo", ha detto Zellam. "E penso davvero che la scienza dei cittadini continuerà a essere una parte importante di questo".

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