現在、天文学における大きく野心的な目標の中で、最もエキサイティングな目標の 1 つは、系外惑星、つまり太陽系外の惑星の発見とその特徴付けです。私たちは、宇宙には星の数と同じくらいの数の系外惑星が存在する可能性が高く、この数にはほぼ確実に地球に似たいくつかの惑星が含まれていることを知っています。実際、私たちはこれらの奇妙で新しい惑星の発見の表面をなで始めたばかりです。世界。
天文学者は、系外惑星を特定し、その大気を覗き込むのに役立つ最先端の ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 のようなツールを持っていますが、これらの大きくて有名な望遠鏡で利用できる観測時間は限られています。そこで、NASA は新しい系外惑星の発見を支援するために、十分に活用されていないリソースである市民科学者に注目しています。
新たに拡張された NASA プログラム「系 外惑星ウォッチ」では、 専門家が使用しているのと同じデータ分析手法を使用して系外惑星の観察を支援する一般の人々を招待しています。その仕組みと、このアプローチを使用した発見の可能性について学ぶために、天体物理学者であり、系外惑星ウォッチ プログラムの作成者である NASA ジェット推進研究所のロブ ゼレム氏に話を聞きました。
空を見つめるアマチュアの目
現在 5,000 を超える既知の系外惑星があることを考えると、これらの惑星は観察しやすいと思うかもしれません。しかしそうではありません。ほとんどの系外惑星は、その周りを周回する星よりもはるかに小さくて暗いため、直接観察することは不可能です。そのため、アマチュア天文学者もプロと同様に、惑星がそこにあることを知るために間接的な観測に頼っています。
Exoplanet Watch の主な焦点は、ホット ジュピターと呼ばれるタイプの惑星 (ゼレムの言葉を借りれば「明るい星の周りの大きな惑星」) を観察し、その太陽面通過を観察することです。惑星の1つが私たちと主星の間を通過するときにトランジットが起こり、主星からの光が一時的に暗くなります。この明るさの低下の正確なタイミングと量を観察することで、天文学者は惑星がどれくらいの大きさで、恒星からどのくらい離れたところを周回しているかを知ることができます。
これは、NASA の太陽系外惑星探査衛星 (TESS) や欧州宇宙機関の特徴づけ型太陽系外惑星探査衛星 (CHEOPS) など、多くの専門的な系外惑星探索望遠鏡で使用されているのと同じ方法です。これらは両方とも宇宙ベースの望遠鏡であり、地球の大気に遮られることなく宇宙の素晴らしい眺めが得られることを意味しますが、観測時間は非常に限られています。
他の地上設置の専門望遠鏡も系外惑星を観察していますが、天候という予測不可能な大きな障害に直面しています。天文台の上に曇り空があると、一晩の観測が失われることになります。これはプロの天文学者なら誰もが経験していることです。 「アメリカ南西部やハワイのマウナケアでは、天候のせいで個人的に夜を逃したことがたくさんあります」とゼレムさんは語った。 「行き当たりばったりの専門的な天文台で時間を稼ぐと、それがリスクになります。」
しかし、Exoplanet Watch は、世界中のアマチュア天文学者のネットワークです。観測員が非常に多くの異なる場所から測定値を取得することで、天候の影響が軽減されます。ある場所が曇っていても、他の場所にいる観察者にはクリアな視界が得られる場合があります。
世界中で協力する
このネットワークにより、1 人のユーザーでは観察することが不可能な系外惑星の観察も可能になります。たとえば、 HD 80606 b と呼ばれる巨大ガス惑星は、その星を通過するのに 12 時間以上かかります。天文学者はこの太陽面通過の全期間を観測するだけでなく、ベースラインとして使用するために太陽面通過の前後の観測も行わなければなりません。地球上のどこでも、全時間を観測するのに十分な長さの夜はありません。極端な極。
2021 年 12 月、系外惑星ウォッチのメンバーは協力してこの完全な太陽面通過を最初から最後まで観察しました。最初は東アジアのユーザーで、次にインド、ヨーロッパ、北米のユーザーに観察を引き継ぎ、その後インドのユーザーに戻りました。日本。
これらすべての観測者からの 24 時間にわたるデータが集められ、世界中を飛び回りながら気球に取り付けられた望遠鏡が観測するのと同等のデータが得られました。
他の人による観察を容易にする
ゼレム氏と系外惑星監視チームの他のメンバーは、このプロジェクトに取り組むアマチュア天文学者の貢献が確実に認められるよう熱心に取り組んでおり、その多くが彼らの研究に関する 学術出版物 の筆頭著者として紹介されています。しかし、このプロジェクトで行われた仕事の多くは、真新しい系外惑星の発見といった派手な見出しに関するものではなく、大きな科学的発見をより効率的に行えるようにするために、人々が無私無欲に自分の時間と労力を寄付するものである。
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を見てみましょう。この驚異的に強力な望遠鏡は、系外惑星を特定するだけでなく、その大気を観察することもできます。これは、天文学における他のツールでは事実上不可能です。しかし、1 日の時間は限られており、観察する時間は非常に貴重です。
「プロの天文学者が私たちのところに来て、『ジェームス・ウェッブと一緒に今後数か月以内に観測したい目標があるのですが、この目標を観測してタイミングを調整するのを手伝ってくれませんか？』と言うことがあります」とゼラム氏は語った。
次に、系外惑星ウォッチのアマチュア天文学者は、系外惑星の通過時間に関する制約を見つけるために作業します。そのため、ウェッブが観測を行うとき、太陽系外惑星の通過を観察し、ターゲットについてできる限り多くの情報を得るチャンスが最大限に得られます。
「系外惑星ウォッチが役に立つのは、この事前審査または事前観測を行うことです。私たちは、ジェームス・ウェッブをより効率的に使用できるように、タイミングの調整を支援しており、そこからより多くの科学を引き出すことができればと思っています」とゼレム氏は説明した。
屋根裏部屋の望遠鏡
これまでに系外惑星ウォッチに貢献してきた人々の多くは、何年もかけて立派な望遠鏡を構築してきた本格的なアマチュア天文学者であり、系外惑星観測の経験が豊富です。しかし、そのようなレベルの取り組みや設備はまったく必要ありません。Zellem とチームは、観察に興味がある人なら誰でも参加することを歓迎します。
これまで観測に使用された最小の望遠鏡はわずか 3.5 インチで、小型の入門用望遠鏡としては一般的なサイズです。ほとんどの観測は明るい天体で行われるため、非常に強力な家庭用望遠鏡は必須ではありません。
「こうした観測を行うのに、非常に大きな望遠鏡は必要ありません」とゼレム氏は言う。 「屋根裏部屋やガレージ、物置に眠っているかもしれない望遠鏡を実際にたくさん使うことができます。」
観察者にとって、観察を記録するために望遠鏡に取り付けられるデジタル カメラや、空を移動するターゲットを追跡するのに役立つ追跡メカニズムがあると便利です。しかし、このプロジェクトへの参入障壁は想像よりも低いです。
また、間違いを犯してデータを台無しにすることを心配している人々のために、ゼラム氏は、複数のユーザーを持つことの強みは、データを他の観察結果と照合できることであると述べています。データを解釈する際に価値観が無視されると、そのデータはより大きな観察者グループによって除外される可能性があります。」
望遠鏡を使わずに貢献する
望遠鏡にまったくアクセスできない人でも、系外惑星ウォッチ プロジェクトに参加できます。観察に加えて、プロジェクトの 2 番目の分野はデータ分析です。このプロジェクトは、アリゾナ州ツーソンにある自律天文台と呼ばれる6インチのロボット望遠鏡からの10年分のデータを含むアーカイブデータにアクセスでき、 DIY Planet Search と呼ばれるグループによって寄贈されました。
このデータセットには、系外惑星の通過を示す可能性のある 2,000 以上の光度曲線があり、このデータ分析への協力を一般の人々に求めています。ただし、このプロジェクトの特別な点は、 Zooniverse のような他の市民科学プロジェクトに見られるような、単純化されたタイプのデータ分析や分類ではないことです。代わりに、市民科学者は、NASA の専門家が使用しているのとまったく同じデータ処理プログラムを使用できます。
NASA のプロの天文学者は、すでに 10 年をかけて Exotic と呼ばれるデータ分析ツールの開発と使用を行っていました。このツールは、可能な限り正確で系外惑星研究に役立つように最適化されています。 「そして、ユーザーが自分のデータから確実に良い結果を得られるようにする最善の方法は、まったく同じデータ ツールを使用させることであることが非常に明らかになりました」と Zellem 氏は言います。
このツールはクラウドにアップロードされ、携帯電話でも簡単にアクセスできるようになったので、時間と興味がある人は誰でも、専門家と同じツールを使用して系外惑星データを処理する方法を学ぶことができます。彼らは、望遠鏡からの生データの取り出しから、観測された系外惑星の特徴の決定に至るまで、あらゆる段階を経ます。
次世代にインスピレーションを与える
プロの天文学者にとって観測やデータ分析の支援を受けることは非常に重要ですが、このプロジェクトはより多くの人をこの分野に参加させることも目的としています。
「市民科学プロジェクトとして、私たちは科学の目標だけでなく、教育的な目標もあります。次世代の STEM 学習者、できれば天文学に進む可能性のある人々にインスピレーションを与えることです。」とゼレム氏は述べました。
それには、情熱的で有能なアマチュア天文学コミュニティを巻き込むことも含まれますが、これまでこの種の科学の経験がほとんどまたはまったくなかったかもしれない新しい人々を呼び込むことも含まれます。
「私たちは、系外惑星の画像撮影や天体写真の撮影、さらには望遠鏡を覗いたこともない人々を参加させています」とゼレム氏は語った。プロジェクトの Slack グループでは、経験豊富なグループ メンバーが新しいメンバーを教え、指導し、お互いをサポートし、学習を支援します。 「本当に素晴らしい人々のグループであり、私は彼らをとても誇りに思っています。」
系外惑星研究の黄金時代
Exoplanet Watch プロジェクトは継続的に拡張しており、新しいデータ ソースが常にプールに追加されるため、人々は常に何か新しいことに取り組むことができます。しかし、Zellem はそれをさらに拡大し、小型の望遠鏡で観察できるものの限界を押し広げたいと考えています。
計画の 1 つは、連携して動作する十分な小型望遠鏡がスーパーアースと呼ばれる小さな惑星を観測できるかどうかを確認することです。もう 1 つの長期的な目標は、恒星変動モニタリングと呼ばれるプロセスで主星の観測をさらに増やすことであり、これは系外惑星の通過のより正確な測定に役立ちます。
毎月さらに多くの系外惑星が発見されており、プロとアマチュアの天文学者が発見できる可能性は無限大です。
「私たちは系外惑星研究の黄金時代にいると本当に感じています。この分野で働けるのは信じられないほどで、とても楽しいです」とゼラム氏は語った。 「そして私は、市民科学が今後もこの分野の大部分を占め続けるだろうと本当に思っています。」