NASA's nieuwste methode voor het jagen op exoplaneten? Jou in dienst nemen

Van alle grote, ambitieuze doelen in de astronomie op dit moment, is een van de meest opwindende de ontdekking en karakterisering van exoplaneten of planeten buiten ons zonnestelsel. We weten dat er waarschijnlijk evenveel exoplaneten zijn als er sterren in het universum zijn, en dat dit aantal vrijwel zeker is bevat enkele planeten die op de aarde lijken. Sterker nog, we beginnen net aan de oppervlakte van het ontdekken van deze vreemde, nieuwe s werelds.

Astronomen hebben tools zoals de allernieuwste James Webb-ruimtetelescoop om hen te helpen exoplaneten te identificeren en in hun atmosfeer te turen, maar er is maar zo veel observatietijd beschikbaar op deze grote, beroemde telescopen. Dus om nieuwe exoplaneten te helpen vinden, wendt NASA zich tot een onderbenutte hulpbron: burgerwetenschappers.

Een nieuw uitgebreid NASA-programma genaamd Exoplaneten kijken nodigt het publiek uit om te helpen bij het observeren van exoplaneten met behulp van dezelfde data-analysemethoden die door de professionals worden gebruikt. Om meer te weten te komen over hoe het werkt en het potentieel voor ontdekking met behulp van deze aanpak, spraken we met Rob Zellem van het NASA Jet Propulsion Laboratory, een astrofysicus en bedenker van de Exoplanet Watch programma.

Amateurogen in de lucht

Aangezien er nu meer dan 5.000 bekende exoplaneten zijn, zou je kunnen denken dat deze planeten gemakkelijk waar te nemen zijn. Maar dat is niet het geval. De meeste exoplaneten zijn onmogelijk direct waar te nemen, omdat ze zoveel kleiner en zwakker zijn dan de sterren waar ze omheen draaien. Dus amateurastronomen vertrouwen, net als de professionals, op indirecte waarnemingen om hen te laten weten dat er een planeet is.

De primaire focus van Exoplanet Watch is om te kijken naar een soort planeet die een hete Jupiter wordt genoemd - "grote planeten rond heldere sterren", zoals Zellem ze beschrijft - en hun transits te observeren. Een transit vindt plaats wanneer een van de planeten tussen ons en zijn gastheerster passeert, waardoor het licht van de gastster tijdelijk zwakker wordt. Door de exacte timing en hoeveelheid van deze helderheidsdaling te observeren, kunnen astronomen bepalen hoe groot de planeet is en hoe ver hij om zijn ster draait.

Dit is dezelfde methode die wordt gebruikt door veel professionele telescopen voor het jagen op exoplaneten, zoals NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) of de kenmerkende ExOPlanet Satellite van de European Space Agency (CHEOPS). Dit zijn beide op de ruimte gebaseerde telescopen, wat betekent dat ze een geweldig zicht op de ruimte krijgen, niet belemmerd door de atmosfeer van de aarde, maar de observatietijd erop is uiterst beperkt.

Andere professionele telescopen op de grond observeren ook exoplaneten, maar ze worden geconfronteerd met een groot en onvoorspelbaar obstakel: het weer. Als het bewolkt is boven een observatorium, gaan de waarnemingen van een hele nacht verloren - iets waar elke professionele astronoom mee te maken heeft gehad. "Er zijn veel nachten die ik persoonlijk heb verloren in het zuidwesten van de Verenigde Staten, of Mauna Kea in Hawai'i, vanwege het weer," zei Zellem. "Dat is het risico dat je loopt door tijd te krijgen op een willekeurig professioneel observatorium."

Exoplanet Watch is echter een netwerk van amateurastronomen van over de hele wereld. Door waarnemers vanaf zoveel verschillende locaties metingen te laten doen, worden de effecten van het weer verzacht. Zelfs als het op één locatie bewolkt is, kunnen waarnemers op andere plaatsen een duidelijk zicht hebben.

Wereldwijd samenwerken

Het netwerk maakt ook observatie van exoplaneten mogelijk die voor een enkele gebruiker onmogelijk zouden zijn om waar te nemen. Een gasreus exoplaneet genaamd HD 80606 geb, bijvoorbeeld, heeft meer dan 12 uur nodig om zijn ster te passeren. Astronomen moeten niet alleen de volledige duur van deze transit observeren, maar moeten ook waarnemingen doen voor en na de transit naar gebruiken als basislijn, en er is simpelweg niet lang genoeg nacht om de volledige tijd waar dan ook op de planeet te observeren, behalve de extreme palen.

In december 2021 werkten leden van Exoplanet Watch samen om deze volledige transit van begin tot eind te observeren, te beginnen met gebruikers in Oost-Azië, die vervolgens waarnemingen doorgaven aan mensen in India, vervolgens Europa en vervolgens Noord-Amerika, alvorens terug te gaan naar gebruikers in Japan.

Gegevens van al deze waarnemers verspreid over 24 uur werden samengebracht om de equivalente gegevens te krijgen van een telescoop die aan een ballon was bevestigd die helemaal rond de wereld zweefde en observeerde terwijl hij ging.

Het faciliteren van observaties door anderen

Zellem en andere leden van het Exoplanet Watch-team willen er graag voor zorgen dat de amateurastronomen die aan het project werken, krijgen erkenning voor hun bijdragen, en velen zijn genoemd als hoofdauteurs in academische publicaties over hun werk. Maar veel van het werk dat door het project wordt gedaan, gaat niet over flitsende krantenkoppen zoals het ontdekken van gloednieuwe exoplaneten. gaat over mensen die belangeloos hun tijd en moeite schenken om het mogelijk te maken dat er meer grote wetenschappelijke ontdekkingen worden gedaan efficiënt.

Neem de James Webb-ruimtetelescoop. Deze fenomenaal krachtige telescoop kan niet alleen exoplaneten identificeren, maar kan ook hun atmosfeer observeren, iets wat vrijwel geen enkel ander instrument in de astronomie kan. Maar er zijn maar een beperkt aantal uren in een dag, en het observeren van de tijd wordt zeer gewaardeerd.

"We hebben professionele astronomen naar ons toe laten komen die zeiden: 'Hé, er is een doel dat ik wil observeren in de komende maanden met James Webb, kun je ons helpen dit doel te observeren en de timing te verfijnen? '' Zellam gezegd.

Vervolgens werken de amateurastronomen in Exoplanet Watch om de beperkingen op de transittijden van exoplaneten te vinden, dus wanneer Webb doet zijn observaties, heeft het de best mogelijke kans om de transit te zien en zoveel mogelijk informatie over het doelwit te krijgen kan.

“Waar Exoplanet Watch om de hoek komt kijken, is door deze pre-doorlichting of pre-observaties te doen. We helpen de timing te verfijnen, zodat we James Webb efficiënter kunnen gebruiken en er hopelijk veel meer wetenschap uit kunnen halen, 'legde Zellem uit.

Telescopen op zolder

Veel van de mensen die tot nu toe hebben bijgedragen aan Exoplanet Watch zijn serieuze amateurastronomen die hebben jarenlang indrukwekkende telescopen gebouwd en zijn zeer ervaren in exoplaneetwaarnemingen. Maar dat niveau van inzet en uitrusting is helemaal niet vereist, en Zellem en het team verwelkomen iedereen die geïnteresseerd is om te observeren om zich bij hen aan te sluiten.

De kleinste telescoop die tot nu toe bij waarnemingen is gebruikt, is slechts 3,5 inch, wat een typisch formaat is voor een kleine startertelescoop. Omdat de meeste waarnemingen worden gedaan van heldere objecten, zijn zeer krachtige telescopen voor thuisgebruik niet essentieel.

"Je hebt geen hele grote telescoop nodig om deze waarnemingen te doen," zei Zellem. "Je kunt eigenlijk veel telescopen gebruiken die mensen misschien op hun zolders of in hun garages of in hun opslag hebben hangen."

Het is handig voor waarnemers om een ​​digitale camera aan hun telescoop te bevestigen om hun waarnemingen vast te leggen, en een volgmechanisme om een ​​doel te volgen terwijl het door de lucht beweegt. Maar de toetredingsdrempel tot het project is lager dan je je misschien kunt voorstellen.

En voor degenen die zich zorgen maken over het maken van een fout en het verprutsen van de gegevens, zegt Zellam dat een sterk punt van het hebben van meerdere gebruikers is dat gegevens kunnen worden vergeleken met andere observaties: “Als je één gebruiker hebt die per ongeluk een fout maakt of de verkeerde waarden gebruikt bij het interpreteren van zijn gegevens, kunnen die gegevens worden verwijderd door de grotere groep waarnemers.”

Bijdragen zonder telescoop

Zelfs degenen die helemaal geen toegang hebben tot een telescoop, kunnen toch meedoen aan het Exoplanet Watch-project. Een tweede tak van het project, naast de observaties, is data-analyse. Het project heeft toegang tot archiefgegevens, waaronder 10 jaar aan gegevens van een 6-inch robot telescoop, een autonoom observatorium genoemd, gevestigd in Tucson, Arizona, is geschonken door een groep gebeld Doe-het-zelf planeetzoektocht.

In deze dataset zijn er meer dan 2.000 lichtkrommen die indicatief kunnen zijn voor een exoplaneetovergang, en het publiek wordt uitgenodigd om te helpen met deze data-analyse. Iets speciaals aan dit project is echter dat het geen vereenvoudigde vorm van data-analyse of classificatie is, zoals te zien is in andere burgerwetenschappelijke projecten zoals die op Zoonivers. In plaats daarvan kunnen burgerwetenschappers exact hetzelfde gegevensverwerkingsprogramma gebruiken dat wordt gebruikt door de professionals bij NASA.

Professionele astronomen bij NASA waren al tien jaar bezig met het ontwikkelen en gebruiken van een data-analyse tool genaamd Exotic, die is geoptimaliseerd om net zo nauwkeurig en nuttig te zijn voor exoplanetenonderzoek als mogelijk. "En het werd heel duidelijk dat de beste manier om ervoor te zorgen dat onze gebruikers goede resultaten uit hun gegevens halen, was om ze dezelfde exacte datatool te laten gebruiken", zei Zellem.

De tool is geüpload naar de cloud om het gemakkelijker te maken om toegang te krijgen, zelfs op een mobiele telefoon, dus nu iedereen die heeft de tijd en de interesse kan leren hoe exoplaneetgegevens te verwerken met dezelfde tools als de professionals. Ze doorlopen elke stap, van het nemen van ruwe gegevens van een telescoop tot het bepalen van de kenmerken van een waargenomen exoplaneet.

De volgende generatie inspireren

Hulp krijgen bij waarnemingen en data-analyse is cruciaal voor professionele astronomen, maar het project heeft ook tot doel meer mensen naar het veld te halen.

"Als burgerwetenschapsproject hebben we wetenschappelijke doelen, maar ook educatieve doelen," zei Zellem, "om de volgende generatie STEM-leerlingen te inspireren, mensen die hopelijk in de astronomie kunnen gaan."

Dat omvat het betrekken van de gepassioneerde en bekwame amateurastronomiegemeenschap, maar het omvat ook het binnenhalen van nieuwe mensen die misschien nog weinig of geen ervaring hebben met dit soort wetenschap.

"We betrekken mensen die nog nooit exoplaneetbeeldvorming hebben gedaan, nooit astrofotografie hebben gedaan of zelfs maar door een telescoop hebben gekeken", zei Zellem. De meer ervaren groepsleden geven les en begeleiden de nieuwere leden in de Slack-groep van het project, ondersteunen elkaar en helpen hen bij het leren. "Het is echt een geweldige groep mensen, en ik ben zo trots op ze."

Een gouden eeuw van exoplanetenonderzoek

Het Exoplanet Watch-project breidt zich voortdurend uit en er worden voortdurend nieuwe gegevensbronnen aan de pool toegevoegd, zodat er altijd wel iets nieuws is waar mensen aan kunnen werken. Maar Zellem wil het nog verder uitbreiden en de grenzen verleggen van wat met kleinere telescopen kan worden waargenomen.

Een van de plannen is om te zien of genoeg kleine telescopen die samenwerken, kleinere planeten kunnen waarnemen, zoals superaardes. Een ander doel op lange termijn is om meer waarnemingen van gaststerren te doen in een proces dat stellaire variabiliteitsmonitoring wordt genoemd, wat kan helpen bij nauwkeurigere metingen van exoplaneetdoorgangen.

Nu er elke maand meer exoplaneten worden ontdekt, is het potentieel voor zowel professionele als amateurastronomen om ontdekkingen te doen grenzeloos.

"Het voelt echt alsof we ons in een gouden eeuw van exoplaneetonderzoek bevinden, en het is ongelooflijk en erg leuk om op dit gebied te kunnen werken", zei Zellam. "En ik denk echt dat burgerwetenschap hier een groot deel van zal blijven uitmaken."

Aanbevelingen van de redactie

• Bekijk de nieuwste versie van NASA's glibberige slangenrobot
• Supergevoelig instrument dat op exoplaneten jaagt, legt zijn eerste lichtgegevens vast
• NASA's TESS heeft 5.000 exoplaneetkandidaten ontdekt
• NASA onthult landingsplaats voor zijn op water jagende maanrover
• NASA wil een kleine satelliet gebruiken om de atmosfeer van exoplaneten te helpen onderzoeken