Cea mai recentă metodă a NASA pentru a vâna exoplanete? Înrolându-te

Dintre toate obiectivele mari și ambițioase ale astronomiei în prezent, unul dintre cele mai interesante este descoperirea și caracterizarea exoplanetelor sau planetelor din afara sistemului nostru solar. Știm că există probabil tot atâtea exoplanete câte stele există în univers și că acest număr aproape sigur include câteva planete care sunt ca Pământul. De fapt, tocmai începem să zgâriem suprafața descoperirii acestor ciudate, noi lumi.

Astronomii au instrumente precum cele de ultimă oră Telescopul spațial James Webb pentru a-i ajuta să identifice exoplanete și să privească în atmosfera lor, dar există doar atât de mult timp de observare disponibil pe aceste telescoape mari și celebre. Așadar, pentru a ajuta la găsirea de noi exoplanete, NASA apelează la o resursă subutilizată: cetățenii de știință.

Un program nou extins NASA numit Exoplanet Watch invită membrii publicului să ajute la observarea exoplanetelor folosind aceleași metode de analiză a datelor folosite de profesioniști. Pentru a afla cum funcționează și potențialul de descoperire folosind această abordare, am vorbit cu Rob Zellem de la NASA Jet Propulsion Laboratory, un astrofizician și creatorul Exoplanet Watch program.

Ochi amatori pe cer

Având în vedere că acum există peste 5.000 de exoplanete cunoscute, ați putea crede că aceste planete sunt ușor de observat. Dar nu este cazul. Cele mai multe exoplanete sunt imposibil de observat direct, deoarece sunt mult mai mici și mai slabe decât stelele în jurul cărora orbitează. Așadar, astronomii amatori, la fel ca profesioniștii, se bazează pe observații indirecte pentru a le anunța că există o planetă.

Obiectivul principal al Exoplanet Watch este de a privi un tip de planetă numit Jupiter fierbinte – „planete mari în jurul stelelor strălucitoare”, așa cum le descrie Zellem – și de a le observa tranzitele. Un tranzit are loc atunci când una dintre planete trece între noi și steaua gazdă, făcând temporar lumina de la steaua gazdă mai slabă. Observând momentul exact și cantitatea acestei scăderi a luminozității, astronomii pot afla cât de mare este planeta și cât de departe orbitează de stea sa.

Aceasta este aceeași metodă folosită de multe telescoape profesionale de vânătoare de exoplanete, cum ar fi Transiting de la NASA Satelitul Exoplanet Survey (TESS) sau satelitul ExOPlanet caracterizat de Agenția Spațială Europeană (CHEOPS). Acestea sunt ambele telescoape spațiale, ceea ce înseamnă că au o vedere minunată a spațiului neobstrucționat de atmosfera Pământului, dar timpul de observare pe ele este extrem de limitat.

Alte telescoape profesionale de la sol observă și exoplanete, dar se confruntă cu un obstacol mare și imprevizibil: vremea. Dacă există cer înnorat deasupra unui observator, observațiile de o noapte întreagă se vor pierde - ceva cu care s-a confruntat fiecare astronom profesionist. „Sunt multe nopți pe care le-am pierdut personal în sud-vestul Statelor Unite sau Mauna Kea în Hawai’i, din cauza vremii”, a spus Zellem. „Acesta este riscul pe care îl riscați dacă obțineți timp pe orice observator profesional la întâmplare.”

Exoplanet Watch, totuși, este o rețea de astronomi amatori de pe tot globul. Prin faptul că observatorii fac citiri din atât de multe locații diferite, efectele vremii sunt atenuate. Chiar dacă într-o locație este înnorat, observatorii din alte locuri pot avea o vedere clară.

Lucrând împreună pe tot globul

Rețeaua permite, de asemenea, observarea exoplanetelor pe care un singur utilizator ar fi imposibil să le observe. O exoplanetă gigantică gazoasă numită HD 80606 b, de exemplu, durează peste 12 ore pentru a-și tranzita steaua. Astronomii trebuie nu numai să observe întreaga durată a acestui tranzit, ci trebuie să facă și observații înainte și după tranzit către folosiți ca punct de referință și pur și simplu nu există o noapte suficient de lungă pentru a observa cu normă întreagă oriunde pe planetă, în afară de extrem stâlpi.

În decembrie 2021, membrii Exoplanet Watch au lucrat împreună pentru a observa acest tranzit complet de la început până la sfârșit, începând cu utilizatorii în Asia de Est, care a transmis apoi observațiile celor din India, apoi Europa, apoi America de Nord, înainte de a reveni la utilizatorii din Japonia.

Datele de la toți acești observatori care se întind pe 24 de ore au fost reunite pentru a obține date echivalente la un telescop atașat la un balon care plutește în jurul lumii și observă în timp ce mergea.

Facilitarea observațiilor de către alții

Zellem și alți membri ai echipei Exoplanet Watch sunt dornici să se asigure că astronomii amatori contribuțiile celor care lucrează la proiect au fost recunoscute și mulți au fost prezentați ca autori principali în publicații academice despre munca lor. Dar o mare parte din munca depusă de proiect nu se referă la titluri strălucitoare precum descoperirea de noi exoplanete – în schimb, este despre oamenii care își donează cu abnegație timpul și efortul pentru a face mai multe descoperiri științifice mari eficient.

Luați telescopul spațial James Webb. Acest telescop fenomenal de puternic poate nu numai să identifice exoplanete, ci și să le observe atmosferele, ceva care practic niciun alt instrument în astronomie nu poate face. Dar există doar atâtea ore într-o zi, iar timpul de observare este foarte apreciat.

„Am avut astronomi profesioniști care au venit la noi și ne-au spus: „Hei, există această țintă pe care vreau să o observ. în următoarele câteva luni cu James Webb, ne puteți ajuta să observăm această țintă și să rafinam momentul?’” Zellam a spus.

Apoi, astronomii amatori din Exoplanet Watch lucrează pentru a găsi constrângerile asupra timpilor de tranzit al exoplanetelor, așa că atunci când Webb își face observațiile, are cea mai bună șansă de a vedea tranzitul și de a obține cât mai multe informații despre țintă poate sa.

„Unde intervine Exoplanet Watch este prin efectuarea acestei verificări prealabile sau pre-observări. Ajutăm la rafinarea timpurilor, astfel încât să putem folosi James Webb mai eficient și, sperăm, să obținem mult mai multă știință din asta”, a explicat Zellem.

Telescoape în pod

Mulți dintre oamenii care au contribuit până acum la Exoplanet Watch sunt astronomi amatori serioși care au petrecut ani de zile construind telescoape impresionante și sunt foarte experimentați în observarea exoplanetelor. Dar acest nivel de angajament și echipament nu este deloc necesar, iar Zellem și echipa salută oricine este interesat să observe să li se alăture.

Cel mai mic telescop folosit până acum în observații are doar 3,5 inci, care este o dimensiune tipică pentru un telescop mic de pornire. Deoarece majoritatea observațiilor sunt făcute din obiecte strălucitoare, telescoapele foarte puternice de acasă nu sunt esențiale.

„Nu aveți nevoie de un telescop foarte mare pentru a face aceste observații”, a spus Zellem. „De fapt, puteți folosi o mulțime de telescoape pe care oamenii le-ar putea avea în podurile lor sau în garajele lor sau în depozitele lor.”

Este util pentru observatori să aibă o cameră digitală pe care să o atașeze la telescop pentru a-și înregistra observațiile și un mecanism de urmărire pentru a ajuta la urmărirea unei ținte în timp ce aceasta se deplasează pe cer. Dar bariera de intrare în proiect este mai mică decât ți-ai putea imagina.

Și pentru cei care sunt îngrijorați să facă o greșeală și să încurce datele, Zellam spune că un punct forte al avea mai mulți utilizatori este că datele pot fi verificate cu alte observații: „Dacă aveți un utilizator care greșește din greșeală sau folosește valori greșite atunci când își interpretează datele, acele date pot fi eliminate de către un grup mai mare de observatori.”

Contribuie fără telescop

Chiar și cei care nu au deloc acces la un telescop se pot implica în proiectul Exoplanet Watch. O a doua ramură a proiectului, pe lângă observații, este analiza datelor. Proiectul are acces la date de arhivă care includ 10 ani de date de la un robot de 6 inchi telescop, numit observator autonom, situat în Tucson, Arizona, A fost donat de a grup numit Căutare planetă DIY.

În acest set de date, există peste 2.000 de curbe de lumină care ar putea indica un tranzit de exoplanetă, iar publicul este invitat să ajute cu această analiză a datelor. Totuși, ceva special la acest proiect este că nu este un tip simplificat de analiză sau clasificare a datelor, așa cum se vede în alte proiecte de știință cetățenească, cum ar fi cele de pe Zooniverse. În schimb, cetățenii de știință pot folosi exact același program de procesare a datelor folosit de profesioniștii de la NASA.

Astronomii profesioniști de la NASA au petrecut deja un deceniu dezvoltând și folosind o analiză de date instrument numit Exotic, care a fost optimizat pentru a fi la fel de precis și util pentru cercetarea exoplanetelor ca posibil. „Și a devenit foarte evident că cel mai bun mod de a ne asigura că utilizatorii noștri obțin rezultate bune din datele lor a fost să le lăsăm să utilizeze exact același instrument de date”, a spus Zellem.

Instrumentul a fost încărcat în cloud pentru a fi mai ușor de accesat chiar și pe un telefon mobil, așa că acum oricine are timp și interesul poate învăța cum să proceseze datele exoplanetelor folosind aceleași instrumente ca și profesionisti. Ei parcurg fiecare pas, de la preluarea datelor brute de pe un telescop până la determinarea caracteristicilor unei exoplanete observate.

Inspirând generația următoare

Obținerea de ajutor cu observații și analiza datelor este crucială pentru astronomii profesioniști, dar proiectul își propune, de asemenea, să aducă mai mulți oameni în domeniu.

„Ca proiect de știință cetățenească, avem obiective științifice, dar și obiective educaționale”, a spus Zellem, „pentru a inspira următoarea generație de cursanți STEM, oameni care, sperăm, ar putea intra în astronomie”.

Aceasta include implicarea comunității de amatori pasionați și capabili de astronomie, dar implică și aducerea de oameni noi care ar fi putut avea puțină sau deloc experiență cu acest tip de știință înainte.

„Implicam oameni care nu au facut niciodata imagini de exoplanete, nu au facut niciodata astrofotografie sau chiar s-au uitat printr-un telescop”, a spus Zellem. Membrii grupului mai experimentați îi predau și îi îndrumă pe membrii mai noi din grupul Slack al proiectului, sprijinindu-se reciproc și ajutându-i să învețe. „Este un grup grozav de oameni și sunt atât de mândru de ei.”

O epocă de aur a cercetării exoplanetelor

Proiectul Exoplanet Watch este în continuă expansiune, noi surse de date fiind adăugate în mod constant la pool, astfel încât oamenii să lucreze mereu cu ceva nou. Dar Zellem vrea să-l extindă și mai mult, împingând limitele a ceea ce poate fi observat cu telescoape mai mici.

Un plan este să vedem dacă suficiente telescoape mici care lucrează în concert pot observa planete mai mici, cum ar fi cele numite super-Pământ. Un alt obiectiv pe termen lung este de a face mai multe observații ale stelelor gazdă într-un proces numit monitorizare a variabilității stelare, care poate ajuta la măsurători mai precise ale tranzitelor exoplanetelor.

Cu cât mai multe exoplanete fiind descoperite în fiecare lună, potențialul atât pentru astronomii profesioniști, cât și pentru cei amatori de a face descoperiri este nelimitat.

„Se simte într-adevăr că suntem într-o epocă de aur a cercetării exoplanetelor și este incredibil și foarte distractiv să putem lucra în acest domeniu”, a spus Zellam. „Și chiar cred că știința cetățenească va continua să fie o mare parte din asta.”

Recomandările editorilor

• Consultați cea mai recentă versiune a robotului șarpe alunecat al NASA
• Instrumentul super-sensibil de vânătoare de exoplanete captează primele date de lumină
• TESS de la NASA a descoperit 5.000 de candidați pentru exoplanete
• NASA dezvăluie locul de aterizare pentru rover-ul său lunar de vânătoare de apă
• NASA vrea să folosească un satelit mic pentru a ajuta la investigarea atmosferelor exoplanetelor