Последний метод НАСА для охоты на экзопланеты? Привлечение любителей

Из всех больших и амбициозных целей в астрономии прямо сейчас одной из самых захватывающих является открытие и характеристика экзопланет или планет за пределами нашей Солнечной системы. Мы знаем, что экзопланет, вероятно, столько же, сколько звезд во Вселенной, и что в это число почти наверняка входят некоторые планеты, похожие на Землю. миры.

У астрономов есть такие инструменты, как передовой космический телескоп Джеймса Уэбба, который помогает им идентифицировать экзопланеты и заглядывать в их атмосферу, но на этих больших, знаменитых телескопах доступно очень мало времени для наблюдений. Поэтому, чтобы помочь найти новые экзопланеты, НАСА обращается к малоиспользуемому ресурсу: гражданским ученым.

Недавно расширенная программа НАСА под названием Exoplanet Watch приглашает представителей общественности помочь наблюдать за экзопланетами, используя те же методы анализа данных, которые используют профессионалы. Чтобы узнать о том, как это работает, и о возможностях открытия с использованием этого подхода, мы поговорили с Робом Зеллемом из Лаборатории реактивного движения НАСА, астрофизиком и создателем программы Exoplanet Watch.

Любительские взгляды в небо

Учитывая, что в настоящее время известно более 5000 экзопланет, вы можете подумать, что эти планеты легко наблюдать. Но это не так. Большинство экзопланет невозможно наблюдать напрямую, потому что они намного меньше и тусклее, чем звезды, вокруг которых они вращаются. Поэтому астрономы-любители, как и профессионалы, полагаются на косвенные наблюдения, чтобы узнать, что там есть планета.

Основное внимание Exoplanet Watch сосредоточено на изучении планет, называемых горячим Юпитером — «больших планетах вокруг ярких звезд», как их описывает Зеллем, — и наблюдении за их транзитами. Транзит происходит, когда одна из планет проходит между нами и ее звездой-хозяином, временно делая свет от звезды-хозяина тусклым. Наблюдая за точным временем и величиной этого падения яркости, астрономы могут определить, насколько велика планета и как далеко она вращается от своей звезды.

Это тот же метод, который используется многими профессиональными телескопами для поиска экзопланет, такими как спутник для исследования транзитных экзопланет НАСА (TESS) или спутник ExOPlanet Европейского космического агентства (CHEOPS). Это оба телескопа космического базирования, а это означает, что они обеспечивают великолепный обзор космоса, свободного от земной атмосферы, но время наблюдения на них крайне ограничено.

Другие наземные профессиональные телескопы также наблюдают за экзопланетами, но сталкиваются с большим и непредсказуемым препятствием: погодой. Если небо над обсерваторией облачное, будут потеряны наблюдения за целую ночь — с этим сталкивался каждый профессиональный астроном. «Я лично потерял много ночей на юго-западе Соединенных Штатов или в Мауна-Кеа на Гавайях из-за погоды», — сказал Зеллем. «Это риск, которому вы подвергаетесь, получая время в любой случайной профессиональной обсерватории».

Однако Exoplanet Watch — это сеть астрономов-любителей со всего мира. Благодаря тому, что наблюдатели снимают показания из стольких разных мест, влияние погоды смягчается. Даже если в одном месте облачно, наблюдатели в других местах могут иметь четкое представление.

Совместная работа по всему миру

Сеть также позволяет наблюдать за экзопланетами, которые не мог бы наблюдать один пользователь. Газовый гигант экзопланеты под названием HD 80606 b , например, проходит через свою звезду более 12 часов. Астрономам нужно не только наблюдать всю продолжительность этого транзита, но также проводить наблюдения до и после транзита, чтобы использовать их в качестве отправной точки, и просто нет достаточно долгой ночи, чтобы наблюдать все время где-либо на планете, кроме крайние полюса.

В декабре 2021 года члены Exoplanet Watch работали вместе, чтобы наблюдать за этим полным переходом от начала до конца, начиная с пользователей в Восточной Азии, которые затем передавали наблюдения пользователям в Индии, затем в Европе, затем в Северной Америке, прежде чем вернуться к пользователям в Япония.

Данные от всех этих наблюдателей за 24 часа были объединены, чтобы получить эквивалентные данные для телескопа, прикрепленного к воздушному шару, летящему по всему миру и наблюдающему за его движением.

Содействие наблюдениям других

Зеллем и другие члены команды Exoplanet Watch стремятся к тому, чтобы астрономы-любители, работающие над проектом, получили признание, и многие из них были представлены в качестве ведущих авторов в академических публикациях об их работе. Но большая часть работы, проделанной в рамках проекта, связана не с яркими заголовками, такими как открытие совершенно новых экзопланет, а с людьми, самоотверженно жертвующими своим временем и усилиями, чтобы сделать большие научные открытия более эффективными.

Возьмите космический телескоп Джеймса Уэбба. Этот феноменально мощный телескоп может не только идентифицировать экзопланеты, но и наблюдать за их атмосферами, чего практически не может сделать ни один другой инструмент в астрономии. Но в сутках не так много часов, и время наблюдения высоко ценится.

«К нам приходили профессиональные астрономы и говорили: «Эй, есть цель, которую я хочу наблюдать в ближайшие несколько месяцев вместе с Джеймсом Уэббом, не могли бы вы помочь нам наблюдать за этой целью и уточнить время?», — сказал Зеллам.

Затем астрономы-любители из Exoplanet Watch работают над определением ограничений на время прохождения экзопланеты, поэтому, когда Уэбб проводит свои наблюдения, у него есть наилучшие возможные шансы увидеть прохождение и получить как можно больше информации о цели.

«Куда приходит Exoplanet Watch, так это проводить предварительную проверку или предварительные наблюдения. Мы помогаем уточнить тайминги, чтобы мы могли более эффективно использовать Джеймса Уэбба и, надеюсь, извлечь из этого гораздо больше науки», — объяснил Зеллем.

Телескопы на чердаке

Многие из людей, которые до сих пор внесли свой вклад в Exoplanet Watch, являются серьезными астрономами-любителями, которые потратили годы на создание впечатляющих телескопов и имеют большой опыт в наблюдениях за экзопланетами. Но такой уровень приверженности и оборудования вовсе не требуется, и Зеллем и его команда приглашают всех, кто заинтересован в наблюдении, присоединиться к ним.

Самый маленький телескоп, который до сих пор использовался в наблюдениях, составляет всего 3,5 дюйма, что является типичным размером для небольшого стартового телескопа. Поскольку большинство наблюдений производится за яркими объектами, очень мощные домашние телескопы не нужны.

«Для этих наблюдений не нужен очень большой телескоп, — сказал Зеллем. «На самом деле вы можете использовать множество телескопов, которые люди могут висеть на чердаках, в гаражах или на складах».

Для наблюдателей полезно иметь цифровую камеру, прикрепленную к их телескопу, чтобы записывать свои наблюдения, и механизм слежения, помогающий следить за целью, когда она движется по небу. Но барьер для входа в проект ниже, чем вы можете себе представить.

А для тех, кто беспокоится о том, чтобы сделать ошибку и испортить данные, Зеллам говорит, что преимущество наличия нескольких пользователей заключается в том, что данные можно сверить с другими наблюдениями: «Если у вас есть один пользователь, который случайно делает ошибку или использует неправильный значения при интерпретации их данных, эти данные могут быть отсеяны большей группой наблюдателей».

Участие без телескопа

Даже те, у кого вообще нет доступа к телескопу, могут принять участие в проекте Exoplanet Watch. Второй ветвью проекта, помимо наблюдений, является анализ данных. Проект имеет доступ к архивным данным, которые включают данные за 10 лет с 6-дюймового роботизированного телескопа, называемого автономной обсерваторией, расположенного в Тусоне, штат Аризона. Он был предоставлен группой под названием DIY Planet Search .

В этом наборе данных содержится более 2000 кривых блеска, которые могут указывать на транзит экзопланеты, и общественности предлагается помочь с анализом этих данных. Что-то особенное в этом проекте, однако, заключается в том, что это не упрощенный тип анализа или классификации данных, как это видно в других проектах гражданской науки, таких как Zooniverse . Вместо этого гражданские ученые могут использовать ту же самую программу обработки данных, которую используют профессионалы в НАСА.

Профессиональные астрономы НАСА уже потратили десятилетие на разработку и использование инструмента анализа данных под названием Exotic, который был оптимизирован, чтобы быть максимально точным и полезным для исследования экзопланет. «И стало совершенно очевидным, что лучший способ убедиться, что наши пользователи получают хорошие результаты от своих данных, — это позволить им использовать один и тот же инструмент для работы с данными», — сказал Зеллем.

Инструмент был загружен в облако, чтобы упростить доступ к нему даже с мобильного телефона, поэтому теперь любой, у кого есть время и интерес, может научиться обрабатывать данные экзопланеты, используя те же инструменты, что и профессионалы. Они проходят каждый шаг, от сбора необработанных данных с телескопа до определения характеристик наблюдаемой экзопланеты.

Вдохновляя следующее поколение

Получение помощи в наблюдениях и анализе данных имеет решающее значение для профессиональных астрономов, но проект также направлен на привлечение большего числа людей в поле.

«Как гражданский научный проект, у нас есть научные цели, но также и образовательные цели, — сказал Зеллем, — чтобы вдохновить следующее поколение учащихся STEM, людей, которые, надеюсь, могут заняться астрономией».

Это включает в себя привлечение страстного и способного сообщества астрономов-любителей, а также привлечение новых людей, у которых раньше не было опыта в этом виде науки.

«Мы привлекаем людей, которые никогда не делали снимки экзопланет, никогда не занимались астрофотографией и даже не смотрели в телескоп», — сказал Зеллем. Более опытные члены группы обучают и направляют новых участников группы Slack проекта, поддерживая друг друга и помогая им учиться. «Это действительно замечательная группа людей, и я так горжусь ими».

Золотой век исследований экзопланет

Проект Exoplanet Watch постоянно расширяется, в пул постоянно добавляются новые источники данных, поэтому людям всегда есть над чем работать. Но Зеллем хочет расширить его еще больше, раздвинув границы того, что можно наблюдать с помощью небольших телескопов.

Один из планов состоит в том, чтобы посмотреть, сможет ли достаточное количество небольших телескопов, работающих совместно, наблюдать за меньшими планетами, такими как те, которые называются суперземлями. Еще одна долгосрочная цель — провести больше наблюдений за родительскими звездами в процессе, называемом мониторингом звездной изменчивости, который может помочь с более точными измерениями транзитов экзопланет.

Поскольку каждый месяц открывается все больше экзопланет, возможности как профессиональных астрономов, так и астрономов-любителей делать открытия безграничны.

«Действительно кажется, что мы живем в золотой век исследований экзопланет, и это невероятно и очень весело — иметь возможность работать в этой области», — сказал Зеллам. «И я действительно думаю, что гражданская наука будет по-прежнему составлять большую часть этого».