Дата: 04-08-22 14:44

NASA: Астрономічні дані та пошук придатних для життя світів

Це піксельне зображення телескопа NASA Webb було створено за допомогою старовинного комп’ютера Macinstosh.
Це піксельне зображення телескопа NASA Webb було створено за допомогою старовинного комп’ютера Macinstosh.
АВТОР ЗОБРАЖЕННЯ: ЕНТОНІ ЧЕН / ПРОГРАМА АСТРОБІОЛОГІЇ NASA.

У 1610 році Галілео Галілей вдивлявся в телескоп і зауважив: «Я бачив Юпітер у супроводі трьох нерухомих зірок, абсолютно невидимих ​​через свою малість. Планети виглядають дуже округлими, схожими на маленькі повні місяці (1)». Насправді, те, що він бачив своїми очима, збільшеними його раннім телескопом, були найбільшими супутниками найбільшої планети нашої Сонячної системи, Юпітера. Зрештою Галілей ідентифікував Європу, Каллісто, Іо та Ганімед, і тепер їх іноді називають «галілеєвими» супутниками Юпітера.

Сьогодні телескоп Галілея здавався б елементарним поряд із набагато більшими та потужнішими інструментами, якими користуються астрономи. Нещодавно найпотужніший космічний телескоп, коли-небудь побудований і запущений людством, опублікував свої перші зображення .

Галілей з випуску 1 «Астробіології: історія наших пошуків життя у Всесвіті».  Доступно за адресою: https://astrobiology.nasa.gov/resources/graphic-histories/.  *Дрейк, С. (1978) Галілей за роботою: його наукова біографія, University of Chicago Press
Галілей з випуску 1 «Астробіології: історія наших пошуків життя у Всесвіті». Доступно за адресою: astrobiology.nasa.gov/resources/graphic-histories/
(*) Drake, S. (1978) Galileo at Work: His Scientific Biography, University of Chicago Press
КРЕДИТ ЗОБРАЖЕННЯ: NASA ASTROBIOLOGY.

Для тих, хто цікавиться астрономією та астробіологією, що означає така місія, як космічний телескоп Webb ? Телескоп Webb не призначений для пошуку життя, але може відкрити важливу інформацію про придатність екзопланет до життя і, отже, про потенціал життя за межами нашої Сонячної системи. Але що насправді означає для вчених сьогодні «погляд» через такий телескоп, як Webb? Джейкоб Лустіг-Ягер, Ерін Мей і Лаура Майорга, троє вчених-початківців з Лабораторії прикладної фізики Джона Гопкінса, допомагають пояснити, як виглядає життя астронома сьогодні.

«Чи бачили ви коли-небудь веселку, яка танцює на вашій стіні через світло, що сяє у ваше вікно? Це спектр!»

Як насправді виглядають дані космічного телескопа, такого як Webb, для астробіолога?

Телескоп має багато режимів роботи, які астрономи використовуватимуть для різних астрономічних досліджень. Деякі з режимів – це зображення, які фіксують приголомшливі деталі різних об’єктів, подібних до галактик і туманностей, які спостерігав космічний телескоп Хаббла . Але для астрономів, які вивчають екзопланети в інших планетарних системах (відомих як екзопланети), ми особливо зацікавлені в спектроскопічних можливостях місії.

Ви коли-небудь бачили, як веселка танцює на вашій стіні через світло, що сяє у ваше вікно? Це спектр! Спектр — це спосіб розбити світло на всі кольори, з яких воно складається, щоб ми могли краще його вивчати. Різнобарвна веселка, з якою ми найбільше знайомі, – це те, що відбувається, коли ви розбиваєте сонячне світло, яке видно вашим очам. Але світло також складається з набагато більшої кількості «кольорів», ніж просто те, що бачать наші очі. Цей телескоп шукає «веселки» інфрачервоного світла, яке є просто теплом – типом світла, яке робить Сонце або гарячу піч теплими.

Проте телескоп — не типова камера: його камери складаються з пікселів, які схожі на купу відер, розташованих у сітці, як лоток для льоду. Після того як прилади розбивають світло на інфрачервону веселку, кожне відро починає наповнюватися світлом певного кольору. Кожне відро підраховує кількість світла, що потрапляє в нього, доки воно не заповниться, або ми наказуємо телескопу припинити збирати світло.

Насправді фактичні дані — це лише набір чисел, які говорять нам, скільки світла спостерігав телескоп у певних кольорах, які ми хотіли зібрати. «Зображення», яке ми отримуємо, насправді виглядає просто як велика чорно-біла смуга, але це наша інфрачервона веселка! Для екзопланет ми часто робимо багато цих знімків, один за одним, щоб побачити, як ці кольори змінюються з часом, коли екзопланета перетинає свою зірку або позаду неї.

«Зображення, яке ми отримуємо, виглядає просто як велика чорно-біла смуга, але це наша інфрачервона веселка!»
«Зображення, яке ми отримуємо, виглядає просто як велика чорно-біла смуга, але це наша інфрачервона веселка!»
КРЕДИТ ЗОБРАЖЕННЯ: НАДАНО LUSTIG-YAEGER, MAY І MAYORGA.

У міру збору даних, як виглядає «робота» астрономів день у день у наступні роки?

Коротше кажучи, астрономи сьогодні є дослідниками даних , які аналізують дані з телескопів, а також розробляють і запускають моделювання астрофізичних процесів, які відбуваються в усіх куточках Всесвіту. Більшість астрономів використовують мову програмування Python для повсякденної роботи, особливо вчені на початку кар’єри. Для астрономів екзопланет більшість наших інструментів — це спеціальні пакети програмного забезпечення, розроблені спеціально для аналізу та моделювання даних екзопланет, іноді навіть адаптовані до конкретного телескопа, який ми використовуємо, або адаптовані до типу екзопланети, яку ми вивчаємо.

Поки телескоп збиратиме дані про екзопланети протягом наступних кількох років, астрономи виконають багато кроків, щоб перевести необроблені дані телескопа в нові знання про екзопланети та природу їхніх атмосфер. Як згадувалося раніше, дані починаються як серія окремих зображень інфрачервоної веселки, кожне з яких робиться одне за одним, коли екзопланета перетинає свою зірку або позаду неї. Але кількість світла, яку враховує кожне відро, також супроводжується великою кількістю шуму. Подумайте про це як про спробу зробити селфі в темряві: зображення виходить трохи зернистим. Це тому, що він сповнений шуму та дуже мало світла! Астрономи-спостереження витрачають багато часу, намагаючись знайти всі джерела шуму та винайти розумні способи його усунення за допомогою спеціального програмного забезпечення. Після того, як ми видалимо шум із кожного зображення інфрачервоної веселки,

Коли ми спостерігаємо за екзопланетами, зазвичай ми шукаємо провал у світлі, коли планета перетинає зорю, і цей провал змінює розмір залежно від кольору світла. Коли ця планета проходить перед зіркою, частина зоряного світла проходить через атмосферу планети та взаємодіє з газами та молекулами, з яких вона складається. Ми можемо використовувати інформацію про розмір цього падіння, щоб сказати нам, що знаходиться в атмосфері планети.

«Коли ми спостерігаємо за екзопланетами, зазвичай ми шукаємо провал у світлі, коли планета перетинає зірку, і цей провал змінює розмір залежно від кольору світла».
«Коли ми спостерігаємо за екзопланетами, зазвичай ми шукаємо провал у світлі, коли планета перетинає зірку, і цей провал змінює розмір залежно від кольору світла».
КРЕДИТ ЗОБРАЖЕННЯ: НАДАНО LUSTIG-YAEGER, MAY І MAYORGA.

Потім астрономи аналізують спектр екзопланети за допомогою комп’ютерних моделей, щоб зрозуміти, як унікальні характеристики атмосфери екзопланети спричинили те, що спостерігав телескоп. Завдяки десятиліттям лабораторних вимірювань тут, на Землі, ми точно знаємо, як окремі молекули взаємодіють зі світлом і що кожна молекула має свій унікальний спектральний відбиток. Тобто кожна молекула взаємодіє зі світлом дещо по-різному, і це дозволяє нам розпізнавати їх у наших спостереженнях. Використовуючи ці принципи, астрономи запускають комп’ютерне моделювання мільйонів різних можливих атмосфер, які містять різні суміші газів, щоб визначити, який коктейль молекул найкраще відповідає спектру, виміряному телескопом.

«Далі астрономи аналізують спектр екзопланети за допомогою комп’ютерних моделей, щоб зрозуміти, як унікальні характеристики атмосфери екзопланети спричинили те, що спостерігав телескоп».
«Далі астрономи аналізують спектр екзопланети за допомогою комп’ютерних моделей, щоб зрозуміти, як унікальні характеристики атмосфери екзопланети спричинили те, що спостерігав телескоп».
КРЕДИТ ЗОБРАЖЕННЯ: НАДАНО LUSTIG-YAEGER, MAY І MAYORGA.

Звичайно, після завершення всього аналізу астрономи ще не закінчили. Як і в будь-якому хорошому науковому починанні, останнім кроком є ​​запис усіх результатів у рукопис, який можна буде рецензувати, опублікувати в науковому журналі та поширити по всьому світу.

Про вчених:

Якоб Люстіг-Ягер у пікселяхДжейкоб Лустіг-Ягер — астрофізик-теоретик і астробіолог з Лабораторії прикладної фізики Джона Гопкінса. Він використовує комп’ютерні моделі для моделювання спостережуваних сигнатур кам’янистих атмосфер екзопланет. Джейкоб є одним із керівників програми спостережень для виявлення атмосфери на п’яти скелястих екзопланетах і з нетерпінням чекає надходження даних і фундаментальних ідей, які вони нададуть для вивчення екзопланетних атмосфер.

Ерін Мей у пікселяхЕрін Мей — астрофізик-спостереження в Лабораторії прикладної фізики Джонса Гопкінса. Вона використовує космічні та наземні телескопи, щоб виміряти кількість різних атомів і молекул в атмосферах екзопланет і зрозуміти, яка на них погода. Вона не може вибрати, який набір даних їй найбільше приємний, усі вони будуть абсолютно неймовірними.

Лаура Майорга в пікселяхЛаура Майорга — астроном із лабораторії прикладної фізики Джонса Гопкінса. Вона вивчає атмосферу та поверхню об’єктів Сонячної системи, щоб отримати базову правду для спостережень за екзопланетами за допомогою можливостей прямого зображення. Вона також моделює атмосфери ексцентричних планет-гігантів і з нетерпінням чекає на дані про HD 80606b.

Аарон Гронстал
ДЖЕРЕЛО Астробіологія NASA

Джерело інформації: NASA

Подiлитись посиланням:  
 Tweet



Передрук матеріалів дозволяється тільки за наявності гіперпосилання на www.aviation.com.ua
Передрук, копіювання, відтворення або інше використання матеріалів, у яких міститься посилання на агентства УНІАН, Інтерфакс-Україна, суворо заборонено. Позиція адміністрації може не співпадати з думками авторів, які публікують статті.