Останній метод NASA для полювання на екзопланети? Залучаю вас

З усіх великих, амбітних цілей в астрономії зараз, одна з найцікавіших – це відкриття та характеристика екзопланет або планет за межами нашої Сонячної системи. Ми знаємо, що існує стільки ж екзопланет, скільки зірок у Всесвіті, і ця кількість майже напевно містить деякі планети, схожі на Землю. Насправді ми лише починаємо дряпати поверхню, відкриваючи ці дивні, нові світи.

Астрономи мають найсучасніші інструменти Космічний телескоп Джеймса Вебба щоб допомогти їм ідентифікувати екзопланети та вдивлятися в їхні атмосфери, але на цих великих відомих телескопах доступно дуже багато часу для спостереження. Тому, щоб допомогти знайти нові екзопланети, NASA звертається до ресурсу, який недостатньо використовується: вчених-громадян.

Нещодавно розширена програма НАСА під назвою

Годинник екзопланети запрошує представників громадськості допомогти спостерігати за екзопланетами за допомогою тих самих методів аналізу даних, які використовують професіонали. Щоб дізнатися про те, як це працює, і про потенціал відкриття за допомогою цього підходу, ми поговорили з Робом Зеллем з Лабораторії реактивного руху NASA, астрофізик і творець годинника Exoplanet Watch програма.

Аматорські очі в небо

Враховуючи, що зараз відомо понад 5000 екзопланет, ви можете подумати, що ці планети легко спостерігати. Але це не так. Більшість екзопланет неможливо спостерігати безпосередньо, оскільки вони набагато менші та тьмяніші за зірки, навколо яких вони обертаються. Тож астрономи-любителі, як і професіонали, покладаються на непрямі спостереження, щоб знати, що там є планета.

Основна мета програми Exoplanet Watch — спостерігати за типом планет, який називається гарячим Юпітером — «великі планети навколо яскравих зірок», як їх описує Зеллем — і спостерігати за їхніми транзитами. Транзит відбувається, коли одна з планет проходить між нами та зіркою-господарем, тимчасово роблячи світло від зірки-господаря тьмянішим. Спостерігаючи за точним часом і кількістю цього падіння яскравості, астрономи можуть визначити, наскільки велика планета та як далеко вона обертається від своєї зірки.

Це той самий метод, який використовують багато професійних телескопів для пошуку екзопланет, як-от Transiting NASA. Exoplanet Survey Satellite (TESS) або характеризуючий супутник ExOPlanet Європейського космічного агентства (ХЕОПС). Це обидва телескопи космічного базування, тобто вони забезпечують чудовий огляд космосу без перешкод земної атмосфери, але час спостереження на них надзвичайно обмежений.

Інші наземні професійні телескопи також спостерігають за екзопланетами, але вони стикаються з великою та непередбачуваною перешкодою: погодою. Якщо над обсерваторією хмарне небо, спостереження за цілу ніч будуть втрачені — з цим стикався кожен професійний астроном. «Я особисто втратив багато ночей на південному заході Сполучених Штатів або Мауна-Кеа на Гаваях через погоду», — сказав Зеллем. «Це ризик, який ви ризикуєте отримати час на будь-якій випадковій професійній обсерваторії».

Однак Exoplanet Watch — це мережа астрономів-любителів з усього світу. Завдяки тому, що спостерігачі знімають показання з багатьох різних місць, вплив погоди пом’якшується. Навіть якщо в одному місці хмарно, спостерігачі в інших місцях можуть добре бачити.

Спільна робота по всьому світу

Мережа також дозволяє спостерігати екзопланети, які було б неможливо спостерігати одному користувачеві. Газова гігантська екзопланета наз HD 80606 b, наприклад, потрібно більше 12 годин, щоб пройти через свою зірку. Астрономам потрібно не тільки спостерігати всю тривалість цього транзиту, але й проводити спостереження до і після проходу до використовуйте як базову лінію, і просто немає достатньо довгої ночі, щоб спостерігати повний час будь-де на планеті, крім екстремальних полюси.

У грудні 2021 року члени Exoplanet Watch працювали разом, щоб спостерігати цей повний транзит від початку до кінця, починаючи з користувачів у Східній Азії, які потім передали спостереження користувачам в Індії, потім Європі, потім Північній Америці, перш ніж повернутися до користувачів у Японія.

Дані всіх цих спостерігачів за 24 години були зібрані разом, щоб отримати еквівалентні дані в телескоп, прикріплений до повітряної кулі, який плавав по всьому світу та спостерігав, як це відбувається.

Сприяння спостереженням інших

Зеллем та інші члени команди Exoplanet Watch прагнуть забезпечити астрономів-любителів тих, хто працює над проектом, відзначено їхній внесок, і багатьох було зазначено як провідних авторів в академічні публікації про свою роботу. Але більша частина роботи, виконаної проектом, полягає не в яскравих заголовках, як-от відкриття абсолютно нових екзопланет — натомість це про те, як люди безкорисливо жертвують своїм часом і зусиллями, щоб зробити більше великих наукових відкриттів ефективно.

Візьмемо космічний телескоп Джеймса Вебба. Цей феноменально потужний телескоп може не тільки ідентифікувати екзопланети, але й спостерігати за їхньою атмосферою, чого не може зробити практично жоден інший інструмент в астрономії. Але в добі лише стільки годин, а час для спостереження дуже цінується.

«До нас приходили професійні астрономи і казали: «Гей, є ціль, яку я хочу спостерігати в наступні кілька місяців з Джеймсом Веббом, чи можете ви допомогти нам досягти цієї мети та уточнити час?» Зеллам сказав.

Потім астрономи-любителі в Exoplanet Watch працюють над пошуком обмежень на час проходження екзопланет, тому, коли Вебб виконує свої спостереження, він має найкращий шанс побачити транзит і отримати якомога більше інформації про ціль може.

«Тем, де Exoplanet Watch бере участь, є проведення попередньої перевірки або попередніх спостережень. Ми допомагаємо уточнювати терміни, щоб ми могли використовувати Джеймса Вебба ефективніше і, сподіваюся, отримати з цього набагато більше наукової користі», — пояснив Зеллем.

Телескопи на горищі

Багато людей, які досі брали участь у Exoplanet Watch, є серйозними астрономами-любителями витратили роки на створення вражаючих телескопів і мають великий досвід спостереження за екзопланетами. Але такий рівень зобов’язань і обладнання зовсім не є обов’язковим, і Зеллем і команда запрошують усіх, хто зацікавлений у спостереженні, приєднатися до них.

Найменший телескоп, який використовувався для спостережень, становить лише 3,5 дюйма, що є типовим розміром для маленького початкового телескопа. Оскільки більшість спостережень проводяться за яскравими об’єктами, дуже потужні домашні телескопи не потрібні.

«Вам не потрібен дуже великий телескоп, щоб проводити ці спостереження», — сказав Зеллем. «Насправді можна використовувати багато телескопів, які люди можуть мати на горищах, у гаражах чи складах».

Для спостерігачів корисно мати цифрову камеру, яку можна прикріпити до свого телескопа, щоб записувати свої спостереження, і механізм відстеження, щоб допомогти стежити за ціллю, коли вона рухається по небу. Але бар'єр для входу в проект нижчий, ніж ви можете собі уявити.

А для тих, хто турбується про те, щоб зробити помилку та зіпсувати дані, Зеллам каже, що сильна сторона наявності кількох користувачів полягає в тому, що дані можна порівняти з іншими спостереження: «Якщо у вас є один користувач, який випадково робить помилку або використовує неправильні значення під час інтерпретації своїх даних, ці дані можуть бути відсіяні більшою групою спостерігачі».

Внесення без телескопа

Навіть ті, хто взагалі не має доступу до телескопа, можуть взяти участь у проекті Exoplanet Watch. Другою галуззю проекту, окрім спостережень, є аналіз даних. Проект має доступ до архівних даних, які включають дані 6-дюймового робота за 10 років телескоп, який називається автономною обсерваторією, розташований у Тусоні, штат Арізона, був подарований група викликала Пошук планети своїми руками.

У цьому наборі даних є понад 2000 кривих блиску, які можуть свідчити про транзит екзопланети, і громадськість запрошується допомогти з цим аналізом даних. Щось особливе в цьому проекті полягає в тому, що він не є спрощеним типом аналізу чи класифікації даних, як це можна побачити в інших громадських наукових проектах, подібних до Зоовсесвіт. Замість цього вчені-громадяни можуть використовувати ту саму програму обробки даних, яку використовують професіонали з NASA.

Професійні астрономи з NASA вже витратили десять років на розробку та використання аналізу даних інструмент під назвою Exotic, оптимізований, щоб бути таким же точним і корисним для дослідження екзопланет можливо. «І стало дуже очевидним, що найкращий спосіб переконатися, що наші користувачі отримують хороші результати зі своїх даних — це дозволити їм використовувати той самий інструмент обробки даних», — сказав Зеллем.

Інструмент було завантажено в хмару, щоб спростити доступ навіть із мобільного телефону, тож тепер кожен, хто має час і зацікавленість, може навчитися обробляти дані екзопланет за допомогою тих самих інструментів, що й професіонали. Вони проходять кожен крок, починаючи від отримання необроблених даних з телескопа і закінчуючи визначенням особливостей спостережуваної екзопланети.

Надихаючи наступне покоління

Отримання допомоги у спостереженнях та аналізі даних має вирішальне значення для професійних астрономів, але проект також має на меті залучити більше людей до цієї сфери.

«Як громадський науковий проект, ми маємо наукові цілі, а також освітні цілі, — сказав Зеллем, — щоб надихнути наступне покоління тих, хто вивчає STEM, людей, які, сподіваюся, займуться астрономією».

Це включає в себе залучення пристрасної та здібної аматорської астрономічної спільноти, але це також передбачає залучення нових людей, які, можливо, мали невеликий або зовсім не мали досвіду з такою наукою раніше.

«Ми залучаємо людей, які ніколи не фотографували екзопланети, не робили астрофотографії і навіть не дивилися в телескоп», — сказав Зеллем. Досвідченіші учасники групи навчають і скеровують нових учасників у групі Slack проекту, підтримуючи один одного та допомагаючи їм навчатися. «Це дійсно чудова група людей, і я дуже ними пишаюся».

Золотий вік дослідження екзопланет

Проект Exoplanet Watch постійно розширюється, до пулу постійно додаються нові джерела даних, тому людям завжди є щось нове для роботи. Але Зеллем хоче ще більше розширити його, розсуваючи межі того, що можна спостерігати за допомогою менших телескопів.

Один із планів полягає в тому, щоб перевірити, чи достатньо маленьких телескопів, які працюють узгоджено, можуть спостерігати менші планети, такі як ті, що називаються суперземлями. Ще одна довгострокова мета — проводити більше спостережень за зірками-господарями в процесі, який називається моніторингом зіркової змінності, який може допомогти з більш точними вимірюваннями проходження екзопланет.

З кожним місяцем відкривається все більше екзопланет, тому потенціал як для професійних астрономів, так і для астрономів-аматорів безмежний.

«Дійсно відчувається, що ми живемо в золотий вік дослідження екзопланет, і це неймовірно та дуже весело мати можливість працювати в цій галузі», — сказав Зеллам. «І я справді думаю, що громадянська наука й надалі буде значною частиною цього».

Рекомендації редакції

• Ознайомтеся з останньою версією ковзаючого робота-змії NASA
• Надчутливий інструмент полювання на екзопланети фіксує свої перші світлові дані
• TESS NASA виявив 5000 екзопланет-кандидатів
• NASA оприлюднило місце посадки свого місяцехода, який шукає воду
• NASA хоче використовувати крихітний супутник для дослідження атмосфер екзопланет