По ночам семилетний Мигель любит разговаривать со своим отцом Сезаром Рубио о планетах и звездах. «Я стараюсь развивать это», – говорит Рубио, машинист из Помоны, Калифорния, который производит детали для горнодобывающего и энергетического оборудования. Теперь отец мальчика может утверждать, что он тоже помогал открывать планеты. Он – один из тысяч добровольцев, участвующих в Planet Hunters TESS, гражданском научном проекте, финансируемом НАСА, который ищет доказательства существования экзопланет – планет за пределами нашей Cолнечной системы.
Гражданская наука – это способ для представителей общественности сотрудничать с учеными. Более 29000 человек во всем мире присоединились к программе Planet Hunters TESS, чтобы помочь ученым найти экзопланеты. Охотники за планетами TESS объявила об открытии двух экзопланет в исследовании, опубликованном в Интернете в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества» , в котором Рубио и более десятка других гражданских ученых указаны в качестве соавторов.
Эти экзотические миры вращаются вокруг звезды HD 152843, находящейся на расстоянии около 352 световых лет от нас. Эта звезда примерно такой же массы, как Солнце, но почти в 1,5 раза больше и немного ярче. Планета b размером с Нептун примерно в 3,4 раза больше Земли и совершает полный оборот вокруг своей звезды примерно за 12 дней. Планета c, внешняя планета, примерно в 5,8 раз больше Земли, что делает ее «суб-Сатурном», а ее орбитальный период составляет где-то от 19 до 35 дней. В нашей Cолнечной системе обе эти планеты находятся в пределах орбиты Меркурия с оборотом около 88 дней. «Изучая их вместе одновременно, действительно интересно ограничить теории о том, как планеты образуются и эволюционируют с течением времени», – сказала Нора Эйснер, докторант астрофизики Оксфордского университета в Соединенном Королевстве и ведущая автор исследования.
TESS расшифровывается как Transiting Exoplanet Survey Satellite , космический аппарат НАСА, запущенный в апреле 2018 года. Команда TESS использовала данные обсерватории, чтобы идентифицировать более 100 экзопланет и более 2600 кандидатов, ожидающих подтверждения. Программа TESS Planet Hunters , управляемая через веб-сайт Zooniverse, началась в декабре 2018 года, вскоре после того, как первые данные TESS стали общедоступными. Добровольцы смотрят на графики, показывающие яркость разных звезд с течением времени. Они отмечают, какой из этих графиков показывает кратковременное падение яркости звезды, а затем скачок вверх до исходного уровня. Это может произойти, когда планета пересекает лицевую сторону своей звезды, блокируя крошечный кусочек света – событие, называемое «транзитом».
В проекте Planet Hunters участвуют 15 добровольцев на каждом графике яркости, называемом «кривая блеска». На заднем плане веб-сайта алгоритм собирает все материалы добровольцев и выбирает кривые блеска, отмеченные несколькими добровольцами. Затем Эйснер и его коллеги смотрят на кривые блеска с наивысшим рейтингом и определяют, какие из них подходят для научных исследований. Даже в эпоху сложных вычислительных технологий, таких как машинное обучение, наличие большой группы добровольцев, просматривающих данные телескопа, является большим подспорьем для исследователей. Поскольку исследователи не могут идеально обучить компьютеры определять признаки потенциальных планет, человеческий глаз по-прежнему ценен.
В случае HD 152843 гражданские ученые посмотрели на график, показывающий ее яркость в течение одного месяца наблюдений TESS. Кривая блеска показала три отчетливых падения, что означает, что по крайней мере одна планета могла вращаться вокруг звезды. Все 15 гражданских ученых, которые смотрели на эту кривую блеска, отметили как минимум два прохождения, а некоторые отметили кривую блеска на онлайн-форуме Planet Hunters TESS. Затем ученые присмотрелись. Сравнивая данные со своими моделями, они подсчитали, что два транзита пришли с внутренней планеты, а другой – со второй, внешней планеты.
Чтобы убедиться, что транзитные сигналы исходят от планет, а не от какого-либо другого источника, такого как затмевающие друг друга звезды, проходящие мимо астероиды или движения самого TESS, ученым нужно было посмотреть на звезду другим методом. Они использовали инструмент под названием HARPS-N (поисковик планет с высокой точностью радиальных скоростей для северного полушария) в Telescopio Nazionale Galileo в Ла Пальме, Испания, а также EXPRES (сверхточный спектрометр), инструмент в обсерватории Лоуэлла во Флагстаффе, Аризона. И HARPS, и EXPRES ищут присутствие планет, исследуя, «колеблется» ли звездный свет из-за планет, вращающихся вокруг своей звезды. Этот метод, называемый методом лучевых скоростей, также позволяет ученым оценить массу далекой планеты.
Хотя ученые не смогли получить достаточно четкий сигнал, чтобы точно определить массы планет, они получили достаточно данных о лучевой скорости, чтобы сделать оценки массы – примерно в 12 раз больше массы Земли для планеты b и примерно в 28 раз больше массы Земли для планеты c. Их измерения подтверждают, что сигналы указывают на присутствие планет. Больше данных необходимо для подтверждения их массы. Ученые продолжают наблюдать за планетной системой с помощью HARPS-N и надеются вскоре получить больше информации о планетах.
Вскоре у исследователей могут появиться высокотехнологичные инструменты, позволяющие увидеть, есть ли у этих планет атмосферы и какие газы в них присутствуют. Космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА, запускаемый в конце этого года, сможет увидеть, какие молекулы составляют атмосферы планет, подобных тем, что находятся в этой системе, особенно большей внешней планеты. Планеты HD 152843 слишком горячие и газообразные, чтобы поддерживать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, но они ценны для изучения, поскольку ученые узнают о диапазоне возможных планет в нашей галактике. «Мы делаем маленькие шаги в направлении поиска планеты, похожей на Землю, и изучения ее атмосферы, и продолжаем расширять границы того, что мы можем видеть», – сказал Эйснер.
Гражданские ученые, которые классифицировали кривую блеска HD 152843 как возможный источник транзитных планет, в дополнение к трем модераторам дискуссионного форума Planet Hunters, были приглашены в качестве соавторов исследования, объявляющего об открытии этих планет. Одним из таких гражданских ученых является Александр Хуберт, студент колледжа, специализирующийся на математике и латыни в Вюрцбурге, Германия, который планирует стать учителем средней школы. К настоящему времени он классифицировал более 10 000 кривых блеска с помощью Planet Hunters TESS.
«Иногда я сожалею о том, что в наше время мы вынуждены ограничиваться одним, может быть, двумя предметами, как у меня, латынью и математикой, – сказал Хьюберт. – Я действительно благодарен за то, что в Zooniverse у меня есть возможность поучаствовать в чем-то другом». Элизабет Бетен из Левена, Бельгия, еще один соавтор, работает в администрации перестрахования и говорит, что классификация кривых блеска на Planet Hunters TESS «расслабляет». С детства интересуясь астрономией, она была одним из первых добровольцев Galaxy Zoo, гражданского научного проекта по астрономии, который стартовал в 2007 году. Galaxy Zoo предложил участникам классифицировать формы далеких галактик.
Бетен была участницей более чем десятка опубликованных исследований в рамках проектов Zooniverse. В то же время новое исследование является первой научной публикацией Рубио. Астрономия была увлечением всю жизнь, и теперь он может поделиться этим со своим сыном. Иногда они вместе заходят на сайт Planet Hunters TESS. «Я чувствую, что участвую, даже если это всего лишь небольшая часть, – сказал Рубио. – Особенно научные исследования, они меня удовлетворяют».
