Nasina najnovejša metoda za lov na eksoplanete? Vključujem vas

Od vseh velikih, ambicioznih ciljev v astronomiji trenutno je eden najbolj vznemirljivih odkritje in karakterizacija eksoplanetov ali planetov zunaj našega sončnega sistema. Vemo, da je verjetno toliko eksoplanetov, kot je zvezd v vesolju, in da je to število skoraj zagotovo vključuje nekaj planetov, ki so podobni Zemlji. Pravzaprav šele začenjamo praskati po površini odkrivanja teh čudnih, novih svetovi.

Astronomi imajo tako vrhunska orodja Vesoljski teleskop James Webb da bi jim pomagal prepoznati eksoplanete in pokukati v njihovo atmosfero, vendar je na teh velikih, slavnih teleskopih na voljo le toliko časa za opazovanje. Za pomoč pri iskanju novih eksoplanetov se NASA obrača na premalo izkoriščen vir: državljanske znanstvenike.

Na novo razširjen program Nase, imenovan

Exoplanet Watch vabi člane javnosti, da pomagajo opazovati eksoplanete z uporabo istih metod analize podatkov, kot jih uporabljajo strokovnjaki. Da bi izvedeli več o tem, kako deluje, in možnosti za odkrivanje s tem pristopom, smo se pogovarjali z Robom Zellem iz Nasinega Laboratorija za reaktivni pogon, astrofizik in ustvarjalec ure Exoplanet Watch program.

Amaterske oči uprte v nebo

Glede na to, da je zdaj znanih več kot 5000 eksoplanetov, bi morda mislili, da je te planete enostavno opazovati. Ampak temu ni tako. Večino eksoplanetov je nemogoče neposredno opazovati, ker so toliko manjši in temnejši od zvezd, okoli katerih krožijo. Tako se amaterski astronomi, tako kot profesionalci, zanašajo na posredna opazovanja, da vedo, da je planet tam.

Glavni poudarek programa Exoplanet Watch je opazovanje vrste planeta, imenovanega vroč Jupiter – »velikih planetov okoli svetlih zvezd«, kot jih opisuje Zellem – in opazovanje njihovih prehodov. Tranzit se zgodi, ko eden od planetov preide med nami in svojo gostiteljsko zvezdo, zaradi česar se svetloba gostiteljske zvezde začasno zmanjša. Z opazovanjem natančnega časa in količine tega padca svetlosti lahko astronomi ugotovijo, kako velik je planet in kako daleč kroži od svoje zvezde.

To je ista metoda, ki jo uporabljajo številni profesionalni teleskopi za lov na eksplanete, kot je Nasin Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ali značilni satelit ExOPlanet Evropske vesoljske agencije (KEOPS). Oba sta vesoljska teleskopa, kar pomeni, da imata odličen pogled na vesolje brez ovir z zemeljsko atmosfero, vendar je čas opazovanja na njih izjemno omejen.

Tudi drugi zemeljski profesionalni teleskopi opazujejo eksoplanete, vendar se soočajo z veliko in nepredvidljivo oviro: vremenom. Če je nad observatorijem oblačno nebo, bodo celonočna opazovanja izgubljena - nekaj, s čimer se je soočil vsak poklicni astronom. "Veliko noči sem osebno izgubil na jugozahodu Združenih držav ali Mauna Kea na Havajih zaradi vremena," je dejal Zellem. "To je tveganje, s katerim se soočite, če si zagotovite čas na katerem koli naključnem poklicnem observatoriju."

Exoplanet Watch pa je mreža amaterskih astronomov z vsega sveta. Z opazovalci, ki odčitavajo podatke s toliko različnih lokacij, so učinki vremena omilili. Tudi če je na eni lokaciji oblačno, imajo lahko opazovalci na drugih mestih jasen pogled.

Skupno delo po vsem svetu

Omrežje omogoča tudi opazovanje eksoplanetov, ki jih en sam uporabnik ne bi mogel opazovati. Eksoplanet plinskega velikana, imenovan HD 80606 b, na primer, potrebuje več kot 12 ur, da preleti svojo zvezdo. Astronomi morajo ne samo opazovati celotno trajanje tega tranzita, ampak morajo opazovati tudi pred in po tranzitu do uporabite kot osnovo in preprosto ni dovolj dolge noči za opazovanje celotnega časa kjer koli na planetu, razen v skrajni drogovi.

Decembra 2021 so člani Exoplanet Watch sodelovali pri opazovanju tega celotnega tranzita od začetka do konca, začenši z uporabniki v vzhodni Aziji, ki so nato svoja opažanja posredovali tistim v Indiji, nato Evropi, nato Severni Ameriki, preden so se vrnili uporabnikom v Japonska.

Podatki vseh teh opazovalcev, ki so zajemali 24 ur, so bili združeni, da bi dobili enakovredne podatke v teleskop, pritrjen na balon, ki je lebdel po vsem svetu in opazoval sproti.

Omogočanje opazovanja drugih

Zellem in drugi člani ekipe Exoplanet Watch želijo zagotoviti, da amaterski astronomi ki delajo na projektu, so priznani njihovi prispevki in mnogi so bili predstavljeni kot glavni avtorji v akademske publikacije o njihovem delu. Toda velik del dela, opravljenega v okviru projekta, ni povezan z bleščečimi naslovi, kot je odkrivanje povsem novih eksoplanetov - namesto tega gre za ljudi, ki nesebično darujejo svoj čas in trud, da bi omogočili več velikih znanstvenih odkritij učinkovito.

Vzemite vesoljski teleskop James Webb. Ta fenomenalno zmogljiv teleskop ne more samo identificirati eksoplanete, ampak lahko tudi opazuje njihovo atmosfero, česar praktično ne more narediti nobeno drugo orodje v astronomiji. Toda en dan ima le toliko ur in čas opazovanja je zelo cenjen.

»K nam so prišli poklicni astronomi in rekli: 'Hej, tukaj je ta cilj, ki ga želim opazovati v naslednjih nekaj mesecev z Jamesom Webbom, nam lahko pomagate opazovati ta cilj in natančneje določiti čas?« Zellam rekel.

Potem amaterski astronomi v Exoplanet Watch delajo na iskanju omejitev za čas prehoda eksoplanetov, tako da ko Webb opazuje, ima najboljše možne možnosti, da vidi tranzit in pridobi čim več informacij o cilju lahko.

»Kjer Exoplanet Watch nastopi, je s tem predhodnim preverjanjem ali predhodnimi opazovanji. Pomagamo izboljšati časovne razporede, da bomo lahko učinkoviteje uporabljali Jamesa Webba in upajmo, da bomo iz tega pridobili veliko več znanosti,« je pojasnil Zellem.

Teleskopi na podstrešju

Veliko ljudi, ki so doslej prispevali k Exoplanet Watch, je resnih amaterskih astronomov, ki leta so gradili impresivne teleskope in so zelo izkušeni pri opazovanju eksoplanetov. Toda ta stopnja predanosti in opreme sploh ni potrebna, Zellem in ekipa pa pozdravljajo vse, ki jih zanima opazovanje, da se jim pridružijo.

Najmanjši teleskop, uporabljen pri opazovanjih doslej, je velik le 3,5 palca, kar je tipična velikost za majhen začetni teleskop. Ker večina opazovanj poteka na svetlih predmetih, zelo močni domači teleskopi niso nujni.

"Za ta opazovanja ne potrebujete zelo velikega teleskopa," je dejal Zellem. "Pravzaprav lahko uporabite veliko teleskopov, ki jih imajo ljudje morda na svojih podstrešjih, v garažah ali skladiščih."

Za opazovalce je koristno, če imajo digitalno kamero, ki jo pritrdijo na svoj teleskop in snemajo svoja opazovanja, ter mehanizem za sledenje, ki jim pomaga slediti cilju, ko se premika po nebu. Toda ovira za vstop v projekt je nižja, kot si lahko predstavljate.

In za tiste, ki jih skrbi, da bi naredili napako in pokvarili podatke, Zellam pravi, da je prednost več uporabnikov ta, da je podatke mogoče preveriti z drugimi opažanja: »Če imate enega uporabnika, ki se pomotoma zmoti ali uporabi napačne vrednosti pri razlagi svojih podatkov, lahko te podatke izloči večja skupina opazovalci."

Prispevek brez teleskopa

Tudi tisti, ki sploh nimajo dostopa do teleskopa, se še vedno lahko vključijo v projekt Exoplanet Watch. Druga veja projekta, poleg opazovanj, je analiza podatkov. Projekt ima dostop do arhivskih podatkov, ki vključujejo 10-letne podatke iz 6-palčnega robota teleskop, imenovan avtonomni observatorij, ki se nahaja v Tucsonu v Arizoni. Doniral ga je poklicana skupina DIY Iskanje planeta.

V tem naboru podatkov je več kot 2000 svetlobnih krivulj, ki bi lahko kazale na prehod eksoplaneta, in javnost je vabljena, da pomaga pri tej analizi podatkov. Nekaj ​​posebnega pri tem projektu pa je, da ne gre za poenostavljeno vrsto analize ali klasifikacije podatkov, kot je to vidno v drugih projektih državljanske znanosti, kot so tisti na Zooniverse. Namesto tega lahko državljanski znanstveniki uporabljajo povsem enak program za obdelavo podatkov, kot ga uporabljajo strokovnjaki pri Nasi.

Profesionalni astronomi pri Nasi so že desetletje porabili za razvoj in uporabo analize podatkov orodje, imenovano Exotic, ki je bilo optimizirano, da je enako natančno in uporabno za raziskovanje eksoplanetov mogoče. »Postalo je zelo očitno, da je najboljši način, da zagotovimo, da naši uporabniki iz svojih podatkov dobijo dobre rezultate, ta, da jim omogočimo uporabo istega podatkovnega orodja,« je dejal Zellem.

Orodje so naložili v oblak za lažji dostop tudi na mobilnem telefonu, tako da zdaj vsak, ki ima čas in zanimanje, se lahko nauči obdelave podatkov o eksoplanetih z istimi orodji kot strokovnjaki. Gredo skozi vse korake, od jemanja neobdelanih podatkov s teleskopa do določanja značilnosti opazovanega eksoplaneta.

Navdihovanje naslednje generacije

Pridobivanje pomoči pri opazovanjih in analizi podatkov je ključnega pomena za poklicne astronome, vendar je cilj projekta tudi privabiti več ljudi na to področje.

»Kot državljanski znanstveni projekt imamo znanstvene cilje, pa tudi izobraževalne cilje,« je dejal Zellem, »da bi navdihnili naslednjo generacijo učencev STEM, ljudi, ki bi se morda lahko posvetili astronomiji.«

To vključuje vključitev strastne in sposobne amaterske astronomske skupnosti, vključuje pa tudi privabljanje novih ljudi, ki so morda prej imeli malo ali nič izkušenj s to vrsto znanosti.

»Vključujemo ljudi, ki še nikoli niso slikali eksoplanetov, nikoli niso delali astrofotografije ali celo pogledali skozi teleskop,« je dejal Zellem. Bolj izkušeni člani skupine poučujejo in usmerjajo nove člane v projektni skupini Slack, se podpirajo in jim pomagajo pri učenju. "To je res odlična skupina ljudi in tako sem ponosen nanje."

Zlata doba raziskovanja eksoplanetov

Projekt Exoplanet Watch se nenehno širi, z novimi viri podatkov, ki se nenehno dodajajo v skupino, tako da je vedno nekaj novega, na čemer lahko ljudje delajo. Toda Zellem ga želi še razširiti in premakniti meje tega, kar je mogoče opazovati z manjšimi teleskopi.

Eden od načrtov je ugotoviti, ali lahko dovolj majhnih teleskopov, ki delujejo usklajeno, opazuje manjše planete, kot so tisti, imenovani superzemlje. Drugi dolgoročni cilj je več opazovanj gostiteljskih zvezd v procesu, imenovanem spremljanje spremenljivosti zvezd, ki lahko pomaga pri natančnejših meritvah prehodov eksoplanetov.

Ker vsak mesec odkrijejo več eksoplanetov, je potencial za odkritja tako profesionalnih kot amaterskih astronomov neomejen.

"Resnično se zdi, kot da smo v zlati dobi raziskovanja eksoplanetov, in neverjetno in zelo zabavno je, da lahko delamo na tem področju," je dejal Zellam. "In res mislim, da bo državljanska znanost še naprej velik del tega."

Priporočila urednikov

• Oglejte si najnovejšo različico Nasinega drsečega robota kače
• Super občutljiv instrument za lov na eksoplanete zajame svoje prve svetlobne podatke
• Nasin TESS je odkril 5000 kandidatov za eksplanete
• NASA razkriva mesto pristanka svojega lunarnega roverja, ki lovi vodo
• NASA želi uporabiti majhen satelit za pomoč pri raziskovanju atmosfere eksoplanetov