Teleskop Kosmiczny Kepler agencji NASA to jedno z najskuteczniejszych narzędzi służących do poszukiwania planet pozasłonecznych. Komputery zespołu Keplera analizują zgromadzone dane, jednak jesteśmy pewni, że są planety, które można odnaleźć tylko dzięki niezwykłym zdolnościom rozpoznawania obrazów, jakie ma ludzkie oko.

Można powiedzieć, że to swoisty zakład: obstawiamy, że ludzie są czasem w stanie pokonać maszyny. Może się oczywiście okazać, że nie odnajdziemy żadnych nowych planet, albo że komputery są niezwykle precyzyjne. Mimo to, istnieje możliwość, że będziesz pierwszą osobą, która zauważy, że gwiazda leżąca gdzieś na Drodze Mlecznej ma towarzystwo w postaci planety, podobnie jak nasze Słońce. Chyba warto spróbować?

DO GÓRY

Misja Kepler rozpoczęła się w marcu 2009 roku. Jej celem było wykorzystanie techniki tranzytowej do poszukiwania planet pozasłonecznych, czyli planet o rozmiarach zbliżonych lub większych od Ziemi, orbitujących wokół innych gwiazd. Kiedy planety przemieszczają się na tle gwiazdy, blokują część jej światła, powodując kilkugodzinny spadek jej jasności. Teleskop Kepler obserwuje gwiazdy w Gwiazdozbiorze Łabędzia i rejestruje ich jasność w odstępach 30-minutowych, co pozwala na wychwycenie ewentualnych tranzytów planet.

Seria pomiarów jasności gwiazdy w czasie określana jest mianem krzywej blasku. Teleskop Kepler pobiera w regularnych odstępach czasowych dane ponad 150 000 gwiazd. Wraz z każdym nowym pomiarem linia czasu krzywej blasku zostaje wydłużona.

Kierownik naukowy projektu, Bill Borucki, rozpoczął planowanie misji Keplera w połowie lat 80. ubiegłego wieku i wspólnie ze swoim zespołem pracował nad nią przez ponad 10 lat. W nagrodę za ogromną pracę włożoną w projekt zespół Keplera uzyskał zaawansowany dostęp do zgromadzonych danych. Zespół Planet Hunters nie jest częścią zespołu Keplera, jednak NASA przekazuje wykresy krzywych blasku do publicznego archiwum, starając się w ten sposób zwiększyć powszechne zainteresowanie tematem. Uważamy, że zwykli ludzie mogą odegrać ważną rolę w tym najnowszym projekcie Zooniverse.

Od 1995 roku za pomocą różnych technik odkryto ponad 500 planet pozasłonecznych. Wygląda na to, że mniej więcej połowa gwiazd na niebie posiada krążące wokół nich planety. Użycie techniki tranzytowej do wykrywania planet nastręcza kilka trudności:

• Konieczne jest określone położenie orbity. Technika ta opiera się na rejestrowaniu spadku jasności gwiazdy, dlatego planety, których orbity nie przecinają linii pomiędzy naszym punktem obserwacji i gwiazdą, nie zostaną zauważone.
• Planety poruszające się po mniejszej orbicie są łatwiejsze do wykrycia. Do tranzytu dochodzi tylko raz w ciągu każdego okrążenia. Planety położone bliżej gwiazdy okrążają ją szybciej niż planety bardziej od niej oddalone. Aby mieć pewność, że zaobserwowane zdarzenie jest tranzytem, trzeba odnotować co najmniej trzy spadki jasności. Tak więc planeta, która na okrążenie gwiazdy potrzebuje roku (jak nasza Ziemia), wymaga aż trzech lat obserwacji, natomiast planeta okrążająca gwiazdę w ciągu 10 dni możne zostać wykryta w zaledwie 30 dni.
• Większe planety są łatwiejsze do wykrycia. Im większa planeta, tym więcej światła blokuje. Mija Kepler mierzy jasność gwiazd z tak niebywałą precyzją, że jest w stanie wykryć tranzyty planet zbliżonych wielkością do Ziemi.
• Wykrycie planet może być trudniejsze, kiedy znajdują się one na tle o zmiennej jasności. Nie jest to jednak tak znaczący problem, jak by się mogło wydawać. Wykres krzywej blasku pokazuje, jak zmienia się jasność gwiazdy w czasie. Na zdjęciu poniżej oprócz planety w tranzycie (ciemny punkt po lewej stronie na dole) widać również plamy gwiazdowe. Jednak plamy te obracają się wraz z gwiazdą i powodują dość powolne zmiany jej jasności. Natomiast tranzyty planet trwają kilka godzin, powodując szybkie spadki jasności gwiazdy. Różnicę widać na zdjęciu po lewej. Plamy odpowiadają za większość gładkiego i powoli zmieniającego się obszaru jasności. Dowiadujemy się również, że wiele gwiazd ma znacznie większe plamy niż nasze Słońce.

DO GÓRY

Zespół Keplera opracowuje komputerowe algorytmy, mające pomóc w analizie krzywych blasku, ponieważ nie jest w stanie zbadać każdego wykresu wizualnie. Choć wiemy, że można skutecznie zaprogramować komputery do wyszukiwania określonych informacji, jesteśmy pewni, że wśród danych znajdzie się kilka niespodzianek, których algorytmy nie wychwycą.

Ludzki mózg doskonale sobie radzi z rozpoznawaniem kształtów i aberracji. Eksperymenty dowiodły, że duża grupa zwykłych ludzi pracujących wspólnie może być skuteczniejsza od specjalisty. Planet Hunters to eksperyment internetowy bazujący na ludzkiej umiejętności rozpoznawania kształtów. Uczestnicy są partnerami naszego zespołu naukowego, który analizuje grupowe oceny, dokonuje dalszych obserwacji teleskopowych w celu zrozumienia nowych schematów klasyfikacji różnych rodzajów krzywych blasku, identyfikuje anomalie oraz weryfikuje sygnały tranzytów.

DO GÓRY

DO GÓRY

Najważniejszym zadaniem jest wyszukiwanie tranzytów planet, które na wykresach mają postać dość gwałtownych spadków jasności (zdjęcie 3). Tranzyt może występować zarówno w stałej, jak i zmiennej krzywej blasku. Programom komputerowym trudniej jest rozpoznać je na zmiennych krzywych blasku, dlatego tutaj szczególnie liczymy na pomoc użytkowników Planet Hunters.

Zdjęcie 3. Po sklasyfikowaniu krzywej blasku jako stałej lub zmiennej, zostaniesz zapytany, czy widzisz na wykresie możliwe tranzyty. Jeśli dostrzegasz spadki jasności, wybierz odpowiedź "tak" i kliknij ikonkę, by zaznaczyć miejsce tranzytu ramką.

Rozmiar planety ma odzwierciedlenie w głębokości tranzytów. W przypadku planet wielkości Ziemi spadki jasności będą ukryte w szumach wykresu. Tranzyty widoczne na zdjęciu 3 sugerują, że wielkość planet kilkukrotnie przekracza długość promienia Ziemi.

Czas, w jakim planeta dokonuje pełnego okrążenia wokół gwiazdy, nazywany jest okresem orbitalnym. W naszym przypadku czas ten można określić, sprawdzając, ile dni upływa od jednego tranzytu do drugiego. Widać to doskonale na przykładzie zdjęcia 3. Wykrycie planet o dłuższych okresach orbitalnych będzie trudniejsze, zarówno dla ludzi, jak i dla komputerów, ponieważ do tranzytów nie będzie dochodzić w każdej 30-dniowej sekcji wykresu krzywej blasku. Pamiętaj: to, że nie dostrzegasz tranzytu w pierwszej części danych, nie oznacza, ze nie będzie go w kolejnej części!

Duże planety o krótkich okresach orbitalnych są najłatwiejsze do wykrycia. Najtrudniej wykryć małe planety o długich okresach orbitalnych. Wymaga to dużo cierpliwości i uwagi, jednak to właśnie te planety stanowią prawdziwe perełki wśród danych Keplera!

DO GÓRY

Co się dzieje, kiedy użytkownik Planet Hunters zauważa możliwy tranzyt planety? Prowadzimy listę takich planet, więc w pierwszej kolejności sprawdzamy na liście, czy wydarzenie to dotyczy gwiazdy, którą zespół Keplera już obserwuje. Jeśli tak jest, zostaniesz o tym poinformowany. Jeśli wydarzenie to nie zostało dotychczas zaobserwowane, a kilku użytkowników oznacza te same dane, sprawa zostanie zbadana przez nasz zespół naukowy. Jeśli będzie istniało prawdopodobieństwo, że może to być nowe odkrycie, uzyskamy dane spektroskopowe przy użyciu teleskopu Kecka na Hawajach. Jeśli wszystkie testy wypadną pozytywnie, wynik zostanie zgłoszony do publikacji. Użytkownicy, którzy zauważyli nową planetę, zostaną wymienieni wśród współautorów raportu odkrycia.

DO GÓRY

Jednym z celów projektu Planet Hunters jest poznanie różnorodności planet zbliżonych wielkością do Ziemi i planet gigantów oraz zrozumienie spektrum układów słonecznych. Ile jest planet wielkości Jowisza? Ile planet wielkości Neptuna? Czy układy słoneczne takie jak nasz są popularne we Wszechświecie?

Same odkrycia planet nie pomogą odpowiedzieć na te pytania, ponieważ nie wiadomo, jak kompletna jest próbka, z którą mamy do czynienia. Nie wiadomo, jak czuły jest nasz projekt na wykrywanie planet różnych rodzajów, głównie dlatego, że jest to całkiem nowy, nigdy dotąd nie wykorzystywany, sposób obserwacji planet. Załóżmy na przykład, że znaleźlibyśmy planetę zbliżoną wielkością do Ziemi. Nie możemy nic powiedzieć na temat popularności występowania takich planet w porównaniu z gazowymi planetami gigantami, ponieważ nie wiemy, ile podobnych mogliśmy przeoczyć. I tu właśnie przychodzą z pomocą tranzyty symulowane.

Oprócz wykresów krzywych blasku uzyskanych z teleskopu Kepler dodaliśmy do bazy danych Planet Hunters również tranzyty symulowane, zwiększając w ten sposób różnorodność długości promieni i okresów orbitalnych planet pozasłonecznych, aby sprawdzić, które rodzaje planet można wykryć za pośrednictwem Planet Hunters. Jeżeli użytkownicy oznaczą 100% planet wielkości Jowisza o okresach orbitalnych krótszych niż 30 dni, a tylko 50% planet wielkości Neptuna o okresach orbitalnych krótszych niż 30 dni, będziemy wiedzieć, że liczba planet wielkości Neptuna zawartych w wykresach krzywych blasku jest dwukrotnie większa od wskazanej przez użytkowników. Tę niezwykle ważną informację dotyczącą liczby planet pozasłonecznych, można uzyskać tylko dzięki wspólnej pracy użytkowników Planet Hunters.

Możesz odnieść wrażenie, że testujemy Twoje umiejętności lub że staramy się przeszkolić Cię w wykrywaniu planet, jednak tak naprawdę testujemy możliwości projektu. Symulacje są niezbędne do określenia statystycznej kompletności dla planet jako funkcji wielkości (głębokości tranzytu) i okresu orbitalnego (liczby tranzytów). To bardzo ważna część naszego projektu. Symulowane tranzyty pozwalają nam znaleźć odpowiedź na fundamentalne i niezwykle interesujące pytania dotyczące powstawania planet i układów słonecznych. Niektóre z symulacji, jak planety wielkości Jowisza, będą bardzo łatwe do identyfikacji, jednak inne, szczególnie te bardzo małe, mogą być praktycznie niemożliwe do wykrycia. Nie zniechęcaj się jednak, jeśli nie uda Ci się odnaleźć symulowanego tranzytu. Jest to zupełnie normalne i stanowi część eksperymentu. Nie wiemy, co projekt Planet Hunters jest w stanie wykryć, dlatego musimy sprawdzić różne możliwe promienie i orbity planet.

Po zakończeniu przez Ciebie klasyfikacji gwiazdy zawsze będziemy zaznaczać symulowane tranzyty na czerwono oraz podawać promień i okres orbitalny planety, którą umieściliśmy na wykresie. Nie podajemy wcześniej informacji o tym, że krzywa blasku zawiera symulowane tranzyty, ponieważ mogłoby to sprawić, że patrzyłbyś na nią inaczej. Abyśmy mogli efektywnie wykorzystać dane z symulowanych tranzytów, muszą one być badane dokładnie w taki sam sposób, jak badane są prawdziwe krzywe blasku.

DO GÓRY

Projekt Planet Hunters korzysta z dostępnych publicznie wykresów krzywych blasku uzyskanych w czasie Misji Kepler. Pierwsza część upublicznionych danych (Kwartał 1) obejmowała okres ok. 35 dni, natomiast druga (Kwartał 2) - ok. 90 dni. Teraz mamy więc do dyspozycji dane z ok. 120 pierwszych dni misji naukowej Kepler. Postanowiliśmy pokazywać odcinki krzywych blasku o długości pierwszego kwartału (35 dni), dlatego wykresy z drugiego kwartału podzielone zostały na trzy sekcje. Do każdej sekcji dodaliśmy 5 dni "zapasu", by mieć pewność, że żadne tranzyty w miejscach podziału wykresów nie zostaną przeoczone.

Numer APH pozwala zorientować się, którą część krzywej blasku analizujesz. Pierwsza cyfra oznacza kwartał, natomiast druga - sekcję. Na przykład APH22332480 to sekcja 2 Kwartału 2. Wykresy pochodzące z Kwartału 1 zaczynają się od APH10. W odniesieniu do sekcji krzywych blasku używamy skrótu APH, natomiast w odniesieniu do gwiazdy - SPH. W przypadku numerów SPH pierwsze dwie cyfry oznaczają kwartał i sekcję, w której gwiazda po raz pierwszy pojawiła się w publicznych danych. Na przykład, gwiazda SPH21332480 po raz pierwszy pojawiła się w sekcji 1 Kwartału 2. Na stronach źródłowych gwiazd (jak http://www.planethunters.org/sources/SPH10129795) można zobaczyć wykresy w całości. Oś x podzielona jest na dni, więc pozwala łatwo odnaleźć powtarzające się tranzyty w innych sekcjach wykresu. Na stronach źródłowych istnieje również możliwość pobrania pliku CSV ze wszystkimi dostępnymi danymi dotyczącymi danej krzywej blasku.

Może się zdarzyć, że w niektórych sekcjach krzywych blasku pojawią się luki. Luki w danych wynikają zwykle z przerw w prowadzeniu obserwacji przez teleskop Kepler. Mogło do nich dojść z kilku powodów: albo teleskop funkcjonował w trybie bezpiecznym i nie pobierał danych, albo obracał się w kierunku Ziemi w celu przesłania danych do NASA, albo wykonywał obrót (tzw. kwartalny obrót) w celu zmiany ustawienia paneli słonecznych, albo jakość danych jest niska - najprawdopodobniej za sprawą kosmicznego promienia padającego na detektor.

DO GÓRY