Najnovšia metóda NASA na lov exoplanét? Prijímam vás

Zo všetkých veľkých a ambicióznych cieľov v astronómii práve teraz je jedným z najvzrušujúcejších objav a charakterizácia exoplanét alebo planét mimo našej slnečnej sústavy. Vieme, že vo vesmíre je pravdepodobne toľko exoplanét, koľko je hviezd, a že tento počet je takmer určite zahŕňa niekoľko planét, ktoré sú ako Zem. V skutočnosti len začíname objavovať tieto podivné, nové svetov.

Astronómovia majú nástroje ako špičkové Vesmírny teleskop Jamesa Webba pomôcť im identifikovať exoplanéty a nahliadnuť do ich atmosfér, ale na týchto veľkých, slávnych teleskopoch je k dispozícii len toľko času na pozorovanie. Aby NASA pomohla nájsť nové exoplanéty, obracia sa na nedostatočne využívaný zdroj: občianskych vedcov.

Novo rozšírený program NASA tzv Exoplanet Watch vyzýva verejnosť, aby pomohla pozorovať exoplanéty pomocou rovnakých metód analýzy údajov, aké používajú profesionáli. Aby sme sa dozvedeli o tom, ako to funguje a aký je potenciál na objavenie pomocou tohto prístupu, porozprávali sme sa s Robom Zellem z laboratória Jet Propulsion Laboratory NASA, astrofyzik a tvorca hodiniek Exoplanet Watch program.

Amatérske oči na oblohe

Vzhľadom na to, že v súčasnosti existuje viac ako 5 000 známych exoplanét, možno si myslíte, že tieto planéty sa dajú ľahko pozorovať. Ale nie je to tak. Väčšinu exoplanét nie je možné pozorovať priamo, pretože sú oveľa menšie a slabšie ako hviezdy, okolo ktorých obiehajú. Takže amatérski astronómovia, rovnako ako profesionáli, sa spoliehajú na nepriame pozorovania, aby im dali vedieť, že tam je planéta.

Primárnym cieľom Exoplanet Watch je pozrieť sa na typ planéty nazývanej horúci Jupiter – „veľké planéty okolo jasných hviezd“, ako ich opisuje Zellem – a pozorovať ich prechody. K prechodu dochádza, keď jedna z planét prechádza medzi nami a jej hostiteľskou hviezdou, čím sa svetlo z hostiteľskej hviezdy dočasne stlmí. Pozorovaním presného načasovania a množstva tohto poklesu jasnosti môžu astronómovia zistiť, aká veľká je planéta a ako ďaleko obieha od svojej hviezdy.

Ide o rovnakú metódu, ktorú používajú mnohé profesionálne teleskopy na lov exoplanét, ako napríklad NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) alebo charakteristický satelit ExOPlanet Európskej vesmírnej agentúry (CHEOPS). Obidva sú to vesmírne teleskopy, čo znamená, že majú skvelý výhľad na vesmír bez prekážok zemskou atmosférou, ale pozorovanie na nich je extrémne obmedzené.

Iné pozemné profesionálne teleskopy tiež pozorujú exoplanéty, no čelia veľkej a nepredvídateľnej prekážke: počasiu. Ak je nad observatóriom zamračená obloha, celonočné pozorovania sa stratia – s čím sa zaoberal každý profesionálny astronóm. "Je veľa nocí, ktoré som osobne stratil na juhozápade Spojených štátov alebo na Mauna Kea na Havaji kvôli počasiu," povedal Zellem. "To je riziko, ktoré podstupujete tým, že získate čas na akomkoľvek náhodnom profesionálnom observatóriu."

Exoplanet Watch je však sieť amatérskych astronómov z celého sveta. Tým, že pozorovatelia snímajú údaje z toľkých rôznych miest, sú účinky počasia zmiernené. Aj keď je na jednom mieste zamračené, pozorovatelia na iných miestach môžu mať jasný výhľad.

Spolupráca po celom svete

Sieť umožňuje aj pozorovanie exoplanét, ktoré by jeden používateľ nemohol pozorovať. Volala sa plynná obrovská exoplanéta HD 80606 b, napríklad prelet svojej hviezdy trvá viac ako 12 hodín. Astronómovia musia nielen pozorovať celé trvanie tohto prechodu, ale musia tiež vykonávať pozorovania pred a po prechode do použiť ako základnú líniu a jednoducho nie je dosť dlhá noc na pozorovanie celého času kdekoľvek na planéte okrem extrémnych palice.

V decembri 2021 členovia Exoplanet Watch spolupracovali na pozorovaní tohto úplného prechodu od začiatku do konca, počnúc používateľmi vo východnej Ázii, ktorí potom odovzdali pozorovania ľuďom v Indii, potom v Európe a potom v Severnej Amerike a potom sa vrátili k používateľom v Japonsko.

Údaje od všetkých týchto pozorovateľov za 24 hodín boli zhromaždené, aby sa získali ekvivalentné údaje do ďalekohľadu pripojeného k balónu, ktorý pláva po celom svete a pozoruje, ako to ide.

Uľahčenie pozorovania inými

Zellem a ďalší členovia tímu Exoplanet Watch chcú zabezpečiť, aby amatérski astronómovia Tí, ktorí na projekte pracujú, majú uznanie za ich príspevky a mnohí z nich boli uvedení ako vedúci autori v akademických publikácií o ich práci. Veľa práce, ktorú projekt vykonal, však nie je o honosných titulkoch, ako je objavovanie úplne nových exoplanét – namiesto toho je o ľuďoch, ktorí nezištne darujú svoj čas a úsilie, aby umožnili dosiahnuť viac veľkých vedeckých objavov efektívne.

Vezmite si vesmírny teleskop Jamesa Webba. Tento fenomenálne výkonný ďalekohľad dokáže nielen identifikovať exoplanéty, ale dokáže aj pozorovať ich atmosféru, čo nedokáže prakticky žiadny iný nástroj v astronómii. Ale deň má len toľko hodín a pozorovanie času sa veľmi cení.

„Prišli za nami profesionálni astronómovia a povedali: ‚Hej, je tu tento cieľ, ktorý chcem pozorovať v najbližších mesiacoch s Jamesom Webbom, môžete nám pomôcť dodržať tento cieľ a spresniť načasovanie?‘“ Zellam povedal.

Potom amatérski astronómovia v Exoplanet Watch pracujú na nájdení obmedzení pre časy prechodu exoplanéty, takže keď Webb vykonáva svoje pozorovania, má najlepšiu možnú šancu vidieť tranzit a získať čo najviac informácií o cieli môcť.

„Kde prichádza Exoplanet Watch, je vykonanie týchto predbežných previerok alebo predbežných pozorovaní. Pomáhame spresniť načasovanie, aby sme mohli využívať Jamesa Webba efektívnejšie a dúfajme, že z toho získame oveľa viac vedy,“ vysvetlil Zellem.

Ďalekohľady v podkroví

Mnohí z ľudí, ktorí doteraz prispeli do Exoplanet Watch, sú seriózni amatérski astronómovia, ktorí strávili roky budovaním pôsobivých ďalekohľadov a sú veľmi skúsení v pozorovaní exoplanét. Táto úroveň nasadenia a vybavenia sa však vôbec nevyžaduje a Zellem a tím vítajú každého, kto má záujem o pozorovanie, aby sa k nim pridal.

Najmenší ďalekohľad doteraz používaný pri pozorovaniach má len 3,5 palca, čo je typická veľkosť pre malý štartovací ďalekohľad. Pretože väčšina pozorovaní je tvorená jasnými objektmi, veľmi výkonné domáce teleskopy nie sú nevyhnutné.

"Na tieto pozorovania nepotrebujete veľmi veľký ďalekohľad," povedal Zellem. "V skutočnosti môžete použiť veľa teleskopov, ktoré môžu mať ľudia na povalách, v garážach alebo skladoch."

Pre pozorovateľov je užitočné mať k ďalekohľadu pripojenú digitálnu kameru na zaznamenávanie pozorovaní a sledovací mechanizmus, ktorý pomáha sledovať cieľ pri jeho pohybe po oblohe. Prekážka vstupu do projektu je však nižšia, ako by ste si predstavovali.

A pre tých, ktorí sa obávajú, že urobia chybu a pokazia údaje, Zellam hovorí, že silnou stránkou viacerých používateľov je to, že údaje možno porovnávať s inými používateľmi. postrehy: „Ak máte jedného používateľa, ktorý sa omylom pomýli alebo použije nesprávne hodnoty pri interpretácii svojich údajov, tieto údaje môže vyradiť väčšia skupina pozorovatelia."

Prispievanie bez ďalekohľadu

Dokonca aj tí, ktorí nemajú vôbec prístup k teleskopu, sa môžu stále zapojiť do projektu Exoplanet Watch. Druhou časťou projektu, popri pozorovaniach, je analýza údajov. Projekt má prístup k archívnym údajom, ktoré zahŕňajú 10 rokov údajov zo 6-palcového robota teleskop, nazývaný autonómne observatórium, ktorý sa nachádza v Tucsone v Arizone, daroval ho volala skupina DIY Planet Search.

V tomto súbore údajov je viac ako 2 000 svetelných kriviek, ktoré by mohli naznačovať tranzit exoplanéty, a verejnosť je vyzvaná, aby pomohla s touto analýzou údajov. Niečo zvláštne na tomto projekte je však to, že nejde o zjednodušený typ analýzy alebo klasifikácie údajov, ako je to vidieť v iných projektoch občianskej vedy, ako sú napr. Zooniverse. Namiesto toho môžu občanskí vedci použiť presne ten istý program na spracovanie údajov, aký používajú odborníci z NASA.

Profesionálni astronómovia z NASA už strávili desaťročie vývojom a používaním analýzy údajov nástroj s názvom Exotický, ktorý bol optimalizovaný tak, aby bol taký presný a užitočný pre výskum exoplanét ako možné. „A ukázalo sa, že najlepším spôsobom, ako zabezpečiť, aby naši používatelia dosahovali dobré výsledky zo svojich údajov, bolo umožniť im používať presne ten istý nástroj na údaje,“ povedal Zellem.

Nástroj bol nahraný do cloudu, aby bol jednoduchší prístup aj na mobilnom telefóne, takže teraz každý, kto má čas a záujem sa môže naučiť spracovávať údaje o exoplanetách pomocou rovnakých nástrojov ako profesionálov. Prechádzajú každým krokom, od odoberania nespracovaných údajov z ďalekohľadu až po určenie vlastností pozorovanej exoplanéty.

Inšpiruje ďalšiu generáciu

Získanie pomoci s pozorovaniami a analýzou údajov je pre profesionálnych astronómov kľúčové, ale cieľom projektu je tiež priviesť do tejto oblasti viac ľudí.

"Ako projekt občianskej vedy máme vedecké ciele, ale aj vzdelávacie ciele," povedal Zellem, "aby sme inšpirovali ďalšiu generáciu študentov STEM, ľudí, ktorí by, dúfajme, mohli ísť do astronómie."

To zahŕňa zapojenie vášnivej a schopnej komunity amatérskej astronómie, ale zahŕňa aj privádzanie nových ľudí, ktorí predtým mohli mať s týmto druhom vedy len malé alebo žiadne skúsenosti.

"Zapájame ľudí, ktorí nikdy nerobili zobrazovanie exoplanét, nikdy nefotografovali ani sa nepozerali cez ďalekohľad," povedal Zellem. Skúsenejší členovia skupiny učia a vedú novších členov v skupine Slack projektu, navzájom sa podporujú a pomáhajú im učiť sa. "Je to naozaj skvelá skupina ľudí a som na nich veľmi hrdý."

Zlatý vek výskumu exoplanét

Projekt Exoplanet Watch sa neustále rozširuje a do fondu sa neustále pridávajú nové zdroje údajov, takže ľudia môžu vždy pracovať na niečom novom. Zellem ho však chce ešte rozšíriť, čím posúva hranice toho, čo je možné pozorovať menšími teleskopmi.

Jedným z plánov je zistiť, či dostatok malých teleskopov pracujúcich v zhode dokáže pozorovať menšie planéty, ako napríklad tie, ktoré sa nazývajú super-Zeme. Ďalším dlhodobým cieľom je viac pozorovaní hostiteľských hviezd v procese nazývanom monitorovanie premenlivosti hviezd, čo môže pomôcť s presnejšími meraniami prechodov exoplanét.

Vzhľadom na to, že každý mesiac je objavovaných viac exoplanét, potenciál profesionálnych aj amatérskych astronómov na objavovanie je neobmedzený.

"Skutočne sa cítime ako v zlatom veku výskumu exoplanét a je neuveriteľné a zábavné pracovať v tejto oblasti," povedal Zellam. "A naozaj si myslím, že občianska veda bude aj naďalej veľkou súčasťou tohto."

Odporúčania redaktorov

• Pozrite si najnovšiu verziu kĺzajúceho sa hadieho robota NASA
• Mimoriadne citlivý prístroj na lov exoplanét zachytáva svoje prvé svetelné dáta
• NASA TESS objavila 5 000 kandidátov na exoplanéty
• NASA odhalila miesto pristátia svojho lunárneho roveru na lov vody
• NASA chce použiť malý satelit na pomoc pri skúmaní atmosféry exoplanét