2021-11-15

在家点点鼠标,你就能发现太阳系外的新行星:这多亏了天文学家想“偷懒”|恒星|行星|天文学家



  凝视星空时,你或许也曾有过寻找太阳系外行星的梦想。现在,一些"公民科学家"项目提供了绝妙的机会:不需要专业知识,只要打开网站,动动手指,你就有可能帮助科学家找到新行星。

  撰文 | 张琪

  审校 | 王昱

  首先,让我们来"做道题"。请看下面这张图,观察被框起来的部分有什么特征。


  接下来,请在下图中找出有类似特征的区域。


  找到了吗?如果你能轻松给出答案,那么恭喜你,可以参与寻找新行星的工作了!

  这道"题目"的图片来源于一个名为"行星猎人TESS(Planet Hunter TESS)"的"公民科学家"项目。正如名字所说,这个项目关注的是太阳系外的行星(简称系外行星),使用的数据则来自于美国凌星系外行星巡天卫星(TESS)。


  搜索系外行星时,一项主要手段就是凌星法。就像地球和太阳的亮度差别,恒星的光芒完全盖过了系外行星,因此即使用现在最先进的望远镜,我们依然很难直接看到系外行星。但我们可以通过主星光线的变化来推测行星是否存在,这就是凌星法。

  当一颗行星掠过恒星前面时,会遮挡部分恒星发出的光线,这时在地球观测者眼中,恒星就会变暗了。因此我们可以借助恒星光线变化的幅度和频率,来推测系外行星是否存在和其基本特征。比如,如果假设恒星亮度不变,那么更大的行星就会阻挡更多的光线。以太阳系为例,木星是太阳系内最大的行星,它经过太阳表面时,凌日深度(反应太阳光线变暗的程度)约为1%,而对小得多的地球来说,凌日深度只有0.01%。


  正是使用这个方法,2009年发射升空的开普勒望远镜曾帮助我们找到了2662颗系外行星,而在其退役后,TESS接下重担,用其更广阔的视野寻找系外行星。自2018年4月18日发射升空后,TESS在2年间一刻不停地监视着约20万颗明亮恒星发出的光线,每2分钟测量并记录一次它们的亮度。这当然为我们提供了寻找和观测系外行星的绝佳机会,但同时也带来了巨大的数据量和计算量。

  这些数据当然不可能由研究团队手动处理,事实上,科学家已经开发出了比较有效的算法,来从海量数据中识别出可能的凌日事件,帮助研究者锁定"行星候选体"。然而研究者始终担忧的是,算法真的能够识别出所有的凌日事件吗?会不会有宝贵的"行星候选体"被遗漏呢?这让研究团队开始思考借助公众力量寻找系外行星的可能性。

  "众筹"超级计算机

  事实上,借助公众力量解决科学问题的"公民科学家"项目并不少见,甚至在上个世纪末就出现了。上世纪70年代,加州大学伯克利分校的科学家丹·沃西默(Dan Werthimer)和同事启动了 "搜寻附近地外智慧生命群落的无线电波计划"(Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations, SERENDIP)项目,试图从无数噪音中寻找可能存在的微弱无线电信号。但是受到计算能力的限制,即便使用超级计算机,也难以在目标波段内进行有效探测。

  但研究者并不甘心就此放弃,他们将目光转向了个人电脑,决定用"大力出奇迹"的方式"众筹"出一台超级计算机。1999年5月17日,地外文明搜寻计划(Search for Extraterrestrial Intelligence,SETI)正式与公众见面了。简单来说,这个计划将三家天文台(包括美国弗吉尼亚州的绿岸天文望远镜,波多黎各的阿雷西博射电望远镜和欧洲的低频阵列望远镜)接收到的无线电信号"分成"无数小块的数据,发送给参与其中的若干计算机分别进行计算,计算结果上传后经过统一合并,得出最终结论。

  想要参与这个项目非常简单,用户只需下.............

原文转载:http://tech.shaoqun.com/a/664894.html

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