Najnowsza metoda NASA do polowania na egzoplanety? Werbowanie cię

Spośród wszystkich wielkich, ambitnych celów stojących obecnie przed astronomią, jednym z najbardziej ekscytujących jest odkrycie i scharakteryzowanie egzoplanet, czyli planet poza Układem Słonecznym. Wiemy, że prawdopodobnie istnieje tyle egzoplanet, ile jest gwiazd we wszechświecie, i że ta liczba jest prawie na pewno zawiera kilka planet, które są podobne do Ziemi. W rzeczywistości dopiero zaczynamy odkrywać te dziwne, nowe światy.

Astronomowie dysponują takimi narzędziami, jak najnowocześniejsze Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba aby pomóc im zidentyfikować egzoplanety i zajrzeć do ich atmosfer, ale te duże, słynne teleskopy mają tylko określoną ilość czasu na obserwacje. Aby pomóc w znalezieniu nowych egzoplanet, NASA zwraca się do niewykorzystanego zasobu: naukowców-obywateli.

Nowo rozbudowany program NASA o nazwie Zegarek egzoplanet zaprasza członków społeczeństwa do pomocy w obserwowaniu egzoplanet przy użyciu tych samych metod analizy danych, jakich używają profesjonaliści. Aby dowiedzieć się, jak to działa i jaki jest potencjał odkrywania dzięki tej metodzie, rozmawialiśmy z Robem Zellem z NASA Jet Propulsion Laboratory, astrofizyk i twórca Exoplanet Watch program.

Amatorski wzrok na niebie

Biorąc pod uwagę, że obecnie znanych jest ponad 5000 egzoplanet, można by pomyśleć, że łatwo je obserwować. Ale tak nie jest. Większości egzoplanet nie można obserwować bezpośrednio, ponieważ są one o wiele mniejsze i ciemniejsze niż gwiazdy, wokół których krążą. Tak więc astronomowie-amatorzy, podobnie jak profesjonaliści, polegają na obserwacjach pośrednich, aby wiedzieć, że istnieje planeta.

Głównym celem Exoplanet Watch jest obserwacja typu planet zwanego gorącym Jowiszem – „duże planety krążące wokół jasnych gwiazd”, jak je opisuje Zellem – i obserwacja ich tranzytów. Tranzyt ma miejsce, gdy jedna z planet przechodzi między nami a swoją gwiazdą macierzystą, tymczasowo przyciemniając światło gwiazdy macierzystej. Obserwując dokładny czas i wielkość tego spadku jasności, astronomowie mogą ustalić, jak duża jest planeta i jak daleko okrąża swoją gwiazdę.

Jest to ta sama metoda, której używa wiele profesjonalnych teleskopów do poszukiwań egzoplanet, takich jak Transiting NASA Exoplanet Survey Satellite (TESS) lub charakterystyczny satelita ExOPlanet Europejskiej Agencji Kosmicznej (CHEOPS). Oba są teleskopami kosmicznymi, co oznacza, że ​​uzyskują wspaniały widok przestrzeni niezakłóconej ziemską atmosferą, ale obserwacja na nich czasu jest bardzo ograniczona.

Inne naziemne profesjonalne teleskopy również obserwują egzoplanety, ale napotykają dużą i nieprzewidywalną przeszkodę: pogodę. Jeśli nad obserwatorium jest zachmurzone niebo, całonocne obserwacje zostaną utracone — coś, z czym miał do czynienia każdy zawodowy astronom. „Jest wiele nocy, które osobiście straciłem w południowo-zachodniej części Stanów Zjednoczonych lub na Mauna Kea na Hawajach z powodu pogody” – powiedział Zellem. „To jest ryzyko, jakie ponosisz, zdobywając czas w dowolnym przypadkowym profesjonalnym obserwatorium”.

Exoplanet Watch to jednak sieć astronomów-amatorów z całego świata. Mając obserwatorów dokonujących odczytów z tak wielu różnych miejsc, skutki pogody są łagodzone. Nawet jeśli w jednym miejscu jest pochmurno, obserwatorzy w innych miejscach mogą mieć wyraźny widok.

Wspólna praca na całym świecie

Sieć umożliwia również obserwację egzoplanet, których obserwacja byłaby niemożliwa dla pojedynczego użytkownika. Nazwano egzoplanetę gazowego giganta HD 80606 b, na przykład, tranzyt swojej gwiazdy zajmuje ponad 12 godzin. Astronomowie muszą nie tylko obserwować cały czas trwania tego tranzytu, ale muszą także prowadzić obserwacje przed i po tranzycie do użyj jako linii bazowej, a po prostu nie ma wystarczająco długiej nocy, aby obserwować pełny czas w dowolnym miejscu na planecie poza ekstremalnym słupy.

W grudniu 2021 r. członkowie Exoplanet Watch pracowali razem, aby obserwować ten pełny tranzyt od początku do końca, zaczynając od użytkowników we wschodniej Azji, którzy następnie przekazywali obserwacje osobom w Indiach, potem w Europie, a następnie w Ameryce Północnej, zanim wróciły do ​​użytkowników w Japonia.

Dane od wszystkich tych obserwatorów z 24 godzin zostały zebrane razem, aby uzyskać równoważne dane dla teleskopu przymocowanego do balonu unoszącego się na całym świecie i obserwującego w trakcie.

Ułatwianie obserwacji przez innych

Zellem i inni członkowie zespołu Exoplanet Watch chcą zapewnić astronomom-amatorom którzy pracują nad projektem, zostali docenieni, a wielu z nich zostało przedstawionych jako główni autorzy W publikacje naukowe o ich pracy. Ale większość pracy wykonanej w ramach projektu nie dotyczy krzykliwych nagłówków, takich jak odkrywanie zupełnie nowych egzoplanet — zamiast tego polega na tym, że ludzie bezinteresownie poświęcają swój czas i wysiłek, aby umożliwić dokonanie większych odkryć naukowych wydajnie.

Weźmy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Ten fenomenalnie potężny teleskop może nie tylko identyfikować egzoplanety, ale także obserwować ich atmosfery, czego praktycznie żadne inne narzędzie w astronomii nie potrafi. Ale doba ma tylko określoną liczbę godzin, a czas obserwacji jest bardzo cenny.

„Przychodzili do nas zawodowi astronomowie i mówili:„ Hej, jest ten cel, który chcę obserwować w przez kilka następnych miesięcy z Jamesem Webbem, czy możesz pomóc nam obserwować ten cel i udoskonalić czas?”” Zellam powiedział.

Następnie astronomowie-amatorzy z Exoplanet Watch pracują nad znalezieniem ograniczeń dotyczących czasów tranzytu egzoplanet, więc kiedy Webb prowadzi swoje obserwacje, ma największą możliwą szansę zobaczyć tranzyt i uzyskać jak najwięcej informacji o celu Móc.

„Tam, gdzie wchodzi Exoplanet Watch, przeprowadza się wstępną weryfikację lub wstępne obserwacje. Pomagamy udoskonalić czasy, abyśmy mogli bardziej efektywnie wykorzystywać Jamesa Webba i miejmy nadzieję, że uzyskamy z tego dużo więcej nauki” – wyjaśnił Zellem.

Teleskopy na strychu

Wiele osób, które do tej pory przyczyniły się do powstania Exoplanet Watch, to poważni astronomowie-amatorzy, którzy spędzili lata budując imponujące teleskopy i mają duże doświadczenie w obserwacjach egzoplanet. Ale ten poziom zaangażowania i sprzętu wcale nie jest wymagany, a Zellem i zespół zapraszają każdego, kto jest zainteresowany obserwacją, aby do nich dołączył.

Najmniejszy teleskop używany do tej pory w obserwacjach ma zaledwie 3,5 cala, co jest typowym rozmiarem dla małego teleskopu startowego. Ponieważ większość obserwacji dotyczy jasnych obiektów, bardzo wydajne teleskopy domowe nie są niezbędne.

„Nie potrzebujesz bardzo dużego teleskopu, aby wykonać te obserwacje” – powiedział Zellem. „Właściwie można użyć wielu teleskopów, które ludzie mogą mieć na strychach, w garażach lub w magazynach”.

Obserwatorzy powinni mieć aparat cyfrowy, który można podłączyć do teleskopu, aby rejestrować swoje obserwacje, oraz mechanizm śledzący, który pomaga śledzić cel poruszający się po niebie. Ale bariera wejścia do projektu jest niższa, niż można sobie wyobrazić.

A dla tych, którzy martwią się popełnieniem błędu i zepsuciem danych, Zellam mówi, że zaletą posiadania wielu użytkowników jest to, że dane można porównać z innymi obserwacje: „Jeśli masz jednego użytkownika, który przypadkowo popełni błąd lub użyje niewłaściwych wartości podczas interpretacji swoich danych, dane te mogą zostać wyeliminowane przez większą grupę obserwatorzy”.

Pomaganie bez teleskopu

Nawet ci, którzy w ogóle nie mają dostępu do teleskopu, nadal mogą zaangażować się w projekt Exoplanet Watch. Drugą gałęzią projektu, oprócz obserwacji, jest analiza danych. Projekt ma dostęp do danych archiwalnych, które obejmują dane z 10 lat z 6-calowego robota teleskop, zwany autonomicznym obserwatorium, znajdujący się w Tucson w Arizonie, został podarowany przez a grupa tzw Wyszukiwanie planet DIY.

W tym zbiorze danych znajduje się ponad 2000 krzywych blasku, które mogą wskazywać na tranzyt egzoplanety, a społeczeństwo jest proszone o pomoc w tej analizie danych. Coś szczególnego w tym projekcie polega jednak na tym, że nie jest to uproszczony rodzaj analizy lub klasyfikacji danych, jak widać w innych obywatelskich projektach naukowych, takich jak te na Zooniverse. Zamiast tego naukowcy-obywatele mogą korzystać z dokładnie tego samego programu do przetwarzania danych, z którego korzystają profesjonaliści z NASA.

Zawodowi astronomowie z NASA spędzili już dekadę na opracowywaniu i wykorzystywaniu analizy danych narzędzie o nazwie Exotic, które zostało zoptymalizowane tak, aby było równie dokładne i przydatne w badaniach egzoplanet, jak możliwy. „Stało się bardzo oczywiste, że najlepszym sposobem upewnienia się, że nasi użytkownicy uzyskują dobre wyniki z ich danych, jest umożliwienie im korzystania z tego samego dokładnego narzędzia danych” — powiedział Zellem.

Narzędzie zostało przesłane do chmury, aby ułatwić dostęp nawet na telefonie komórkowym, więc teraz każdy, kto ma czas i zainteresowanie może nauczyć się przetwarzać dane egzoplanet przy użyciu tych samych narzędzi co profesjonaliści. Przechodzą przez każdy krok, od pobrania surowych danych z teleskopu po określenie cech obserwowanej egzoplanety.

Inspirowanie następnej generacji

Uzyskanie pomocy w obserwacjach i analizie danych ma kluczowe znaczenie dla zawodowych astronomów, ale celem projektu jest również zaangażowanie większej liczby osób w teren.

„Jako obywatelski projekt naukowy mamy cele naukowe, ale także edukacyjne”, powiedział Zellem, „aby zainspirować następne pokolenie uczniów STEM, ludzi, którzy, miejmy nadzieję, zajmą się astronomią”.

Obejmuje to angażowanie pasjonatów i zdolnych amatorów astronomii, ale także nowych ludzi, którzy wcześniej mogli mieć niewielkie lub żadne doświadczenie z tego rodzaju nauką.

„Zaangażujemy ludzi, którzy nigdy nie robili zdjęć egzoplanet, nigdy nie robili astrofotografii ani nawet nie patrzyli przez teleskop” – powiedział Zellem. Bardziej doświadczeni członkowie grupy uczą i kierują nowszymi członkami grupy projektu Slack, wspierając się nawzajem i pomagając im w nauce. „To naprawdę wspaniała grupa ludzi i jestem z nich bardzo dumny”.

Złoty wiek badań egzoplanet

Projekt Exoplanet Watch stale się rozwija, a do puli stale dodawane są nowe źródła danych, więc zawsze jest coś nowego dla ludzi do pracy. Ale Zellem chce rozszerzyć ją jeszcze bardziej, przesuwając granice tego, co można obserwować za pomocą mniejszych teleskopów.

Jednym z planów jest sprawdzenie, czy wystarczająca liczba małych teleskopów pracujących razem może obserwować mniejsze planety, takie jak te zwane superziemiami. Innym długoterminowym celem jest podjęcie większej liczby obserwacji gwiazd macierzystych w procesie zwanym monitorowaniem zmienności gwiazd, co może pomóc w dokładniejszych pomiarach tranzytów egzoplanet.

Ponieważ co miesiąc odkrywanych jest coraz więcej egzoplanet, potencjał odkryć zarówno zawodowych, jak i amatorskich astronomów jest nieograniczony.

„Naprawdę wydaje się, że jesteśmy w złotym wieku badań nad egzoplanetami, a możliwość pracy w tej dziedzinie jest niesamowita i daje dużo radości” – powiedział Zellam. „I naprawdę uważam, że nauka obywatelska będzie nadal stanowić dużą część tego”.

Zalecenia redaktorów

• Sprawdź najnowszą wersję pełzającego węża robota NASA
• Superczuły instrument do polowania na egzoplanety rejestruje swoje pierwsze dane dotyczące światła
• Należąca do NASA sonda TESS odkryła 5000 kandydatów na egzoplanety
• NASA ujawnia miejsce lądowania swojego łazika księżycowego polującego na wodę
• NASA chce użyć małego satelity do badania atmosfer egzoplanet