Planet Hunters: Hledat exoplanety v datech z Keplera může každý!

Každý měsíc se prostřednictvím sítě radioteleskopů DSN stahuje obrovské množství dat z kosmického dalekohledu Kepler. Úkolem lovce exoplanet je hledání nových světů tranzitní metodou. Téměř nepřetržitě sleduje Kepler na 150 tisíc vybraných hvězd v souhvězdích Labutě, Lyry a Draka. S analýzou dat můžete snadno a rychle pomoci i vy! Chcete najít novou planetu u cizí hvězdy?


 

Nástup internetu znamenal pro vědeckou komunitu ohromnou příležitost. Postupem času se rozjely distribuované výpočty. Část výkonu svého počítače můžete díky jednoduchému programu věnovat na bohulibou činnost – analýzu a zpracování velkého množství dat z různých vědních oborů (biologie, astronomie,…). Nejznámějším projektem je nepochybně SETI@home, který se zaměřuje na hledání signálu mimozemských civilizací. Výhodou distribuovaných výpočtů je fakt, že po instalaci klienta se o nic dalšího nemusíte starat. Nevýhodou je paradoxně totéž. Žádnou velkou zábavu si neužijete (snad až na pohled na animaci výpočtů) a šance že něco objevíte je minimální.

 

Někteří astronomové amatéři šli proto dál. Začali například analyzovat snímky z družice SOHO a úspěšně na nich objevují komety, které prolétají blízko Slunce.

 

V poslední době se ale začali amatéři úspěšně „montovat“ i do výzkumu exoplanet – viz náš nedávný článek.

 

Podílet se na hledání exoplanet můžete nyní i vy a to velmi snadno. Není třeba nic stahovat a vše trvá krátkou dobu.

 

Projekt Planet Hunters se představuje

 

Projekt Planet Hunters běží pod záštitou většího projektu Zooniverse, díky kterému můžete například pomoci s výzkumem galaxií analýzou dat z Hubblova dalekohledu apod.

 

Jak to funguje a k čemu je to dobré?

 

Pravidelným čtenářům asi nemusíme kosmický dalekohled Kepler blíže představovat. Do vesmíru se vydal v březnu 2009 a z heliocentrické oběžné dráhy sleduje nepřetržitě vybranou oblast, která se nachází z větší části v souhvězdí Labutě, Lyry a částečně v Drakovi. Cílem projektu je sledovat jasnost asi 150 000 vybraných hvězd. Pokud budeme mít štěstí a exoplaneta z našeho pohledu přechází před svou hvězdou, bude způsobovat periodické poklesy jasnosti hvězdy. Ty se projeví na světelné křivce – grafu závislosti jasnosti na čase.

 

 

Vaším úkolem bude právě analýza světelných křivek, které se skládají z mnoha bodů (měření). Zatím jsou v projektu zahrnuta data z prvních 33 dní mise. Postupně však budou přibývat další.

 

NASA samozřejmě má algoritmy, které v záplavě dat hledají stopy přechodů planet před diskem hvězdy (tranzity). Tyto algoritmy (bez urážky) jsou rychlejší a mají více času než vy. Na druhou stranu máte ale něco, co počítač ani s nejlepším algoritmem nemá – mozek. Je docela možné, že počítačům některé tranzity unikly. Algoritmus totiž hledá to, co mu lidé z NASA zadají. Tento postup má pochopitelně své mouchy a nedostatky.

 

Jestli se vám podaří objevit exoplanetu, to vám neřekneme. Na začátku února bylo zatím objeveno několik desítek kandidátů na exoplanetu, takže šance určitě existuje! Kromě toho si můžete osahat data a postupy, které nyní píší historii astronomie i celého lidstva.

 

Technické požadavky:

 

Jsou minimální, stačí vám připojení k internetu. Přesto je tu však jedno „ale“. Projekt nedokáže pracovat s prohlížečem Internet Explorer 7 a 8. Pokud jej máte, musíte si nainstalovat novější verzi 9 nebo některý z jiných prohlížečů. Tento nedostatek je pouze dočasný a měl by být brzy odstraněn.

 

 

Začínáme – lekce 1 (tutoriál)

 

Než se pustíme do analýzy, musíme si vše nanečisto osahat. Otevřete si stránku projektu na http://www.planethunters.org. Hned na titulní stránce můžete kliknout na Start hunting for planets. Případně lze zvolit na horním menu položku Tutorial => Introduction.

 

Spustí se vám úvodní rychlokurs. Všimněte si bílé bubliny v pravé části obrazovky. Této bubliny si važte, bude vaším průvodcem při analýze dat! Pod bublinou najdete základní informace o hvězdě, na jejíž zoubek se nyní díváme. Uvedena je zejména jasnost (v mag), povrchová teplota (v Kelvinech) a poloměr hvězdy v násobcích poloměru Slunce.

 

V prvním kroku klikneme na Next, zobrazí se graf a na něm zakreslená oblast, která odpovídá tranzitu exoplanety. Podíváme se a klikneme znovu na Next. Nyní je na nás, abychom nalezli ve světelné křivce případy, které odpovídají tranzitu exoplanety.

 

Ale ještě než to uděláme, mrkneme se na samotný graf. Na vodorovné ose máme dny od začátku pozorování dalekohledu, na svislé ose pak jasnost hvězdy. Výběr dat si můžeme omezit pouze na určitý časový interval – vlastně musíme, neboť tím docílíme většího rozlišení, což bude později nutné. Tranzit velké planety sice teoreticky odhalíme přímo v komplexních datech za celé období, pokles jasnosti, vyvolaný malou planetou, však lze najít jen v podrobných datech. I když je pravda, že objev malé exoplanety se od laiků asi ani moc neočekává. Dosud objevení kandidáti mají velmi hluboký a dobře patrný pokles jasnosti. Pro informaci uveďme, že tranzit exoplanety trvá řádově hodiny.

 

Omezení dat (resp. výběr kratšího časového intervalu) provedeme jednoduše. Stačí kliknout na některé ze dvou bílých koleček (levým tlačítkem) pod grafem a táhnout myší do středu grafu (viz obrázek 2 – červené elipsy). V našem případě jsme si vybrali data z pěti dnů (10 až 15 den). Pokud budeme chtít jiný časový okamžik, stačí kliknout doprostřed intervalu (obr. 2 – zelená elipsa) a táhnout myší doprava nebo doleva. Tím se posouváme v datech, zafixovaný interval pěti dnů zůstává. Můžeme samozřejmě nastavit i jiný interval.

 

Rozlišení lze změnit i ve svislé ose jasnosti (stačí kliknout na šipky – viz obr. 2 – žlutá elipsa).

 

Obr.2 Základní práce s grafem.
Obr.2 Základní práce s grafem.

 

Nyní začneme hledat tranzity exoplanet. V tutoriálu jsou tranzity dobře patrné, můžeme tak vybrat data za celé období. V bílé bublině klikněte na „+“. Objeví se modrý rámeček. Ten byste měli umístit tak, aby uvnitř něj byl celý tranzit. Velikost rámečku lze měnit (v pravém dolním růžku rámečku).

 

Na grafu může být (a v tutoriálu je) více tranzitů. Pokud tedy chceme další rámeček, klikneme opět na „+“ a tak pořád dokola.

 

Po dokončení klikneme v bublině na finish. Program nám ukáže (červené body), kde všude jsou tranzity. Můžeme si tak ověřit, zda jsme měli pravdu.

 

Tím tutoriál končí. V dalším kroku vás bublina vyzývá k otestování výběru menších časových úseků, což už ale máme za sebou.

 

Lekce 2 – registrace

 

Nyní se musíme registrovat. Stačí kliknout na https://www.zooniverse.org/signup. Zadat musíme přihlašovací jméno (Login), své jméno (Name), které ale není povinné, email a dvakrát heslo (Password). Poté už jen klikněte na Register.

 

Zde je dobré upozornit, že registrace se nám nějakou dobu nedařila (možná přetížený server). Při kliknutí na Register se nic nestalo. Pokud se vám přihodí totéž, je nutné nějakou dobu počkat.

 

Pokud bude vše ok, objeví se nabídka nastavení našeho účtu. Doporučujeme se podívat na položku Newsletters. Zde můžete nastavit zasílání novinek o jednotlivých projektech. Pokud je nechcete dostávat, odkřížkujte jednotlivé bulletiny a dejte Update.

 

Lekce 3 – analýza začíná

 

Vrátíme se na stránku http://www.planethunters.org. Na horní liště máme volbu „login“. Přihlásíme se (pokud už přihlášení nejsme).

 

V položce Talk na horní liště najdete diskusi k jednotlivým hvězdám, v položce About nápovědu. Podívejte se na položku Candidates. Zde najdete kandidáty na exoplanety, které byly díky projektu Planet hunters nalezeny. Pokud budete mezi objeviteli kandidáta, vaše jméno zde bude uvedeno.

 

Nás ale nyní nejvíce zajímá položka Classify. Klikněte na položku, uvařte si kávu nebo čaj a jdeme na to!

 

1. Vzpomínáte na bublinu? Ta nás teď provede analýzou. V prvním kroku tu máme dotaz, zda v datech nejsou nějaké velké mezery v podobě chybějících dat (Are there any big breaks or gaps in the light curve?). Může se totiž stát, že část dat chybí (vada CCD čidla apod.). Pokud jsou data kompletní, klikneme na „No“, pokud v nich vidíme zřetelné mezery, dáme Yes. Že nevíte, jak vypadají nekompletní data? Klikněte na „help“ v bublině, objeví se vám příklady.

 

Obr.3 Příklad nekompletních dat.
Obr.3 Příklad nekompletních dat.

 

Moje hvězdy

 

Mimochodem, pod bublinou máme položku „Mark as favorite“. Kliknutím na ní uložíme hvězdu mezi „oblíbené“. Později se tak můžete k hvězdě vrátit a prokonzultovat to na fóru apod. K oblíbeným hvězdám se dostanete přes horní lištu (klikněte na své přihlašovací jméno a pak na My Stars) – zde jsou konec konců všechny hvězdy, které jsme kdy analyzovali. Doporučujeme se sem po analýze prvních hvězd podívat. Najdete tu další informace o analyzovaných hvězdách (spektrální třídu) a po kliknutí na View star i mapu s vyznačením pozice hvězdy v zorném poli Keplera (zorné pole najdete podrobně na tomto obrázku nebo podrobněji zde).

 

2. Ve druhém kroku po nás chce program zodpovědět otázku, zda je hvězda proměnná (obvykle otázka: Is the star) Některé hvězdy totiž mění jasnost i z jiných důvodů, než je přítomnost exoplanety. Jak může vypadat křivka proměnné hvězdy, se dozvíme opět v nápovědě (help). Pokud je hvězda proměnná, klikneme na zelené tlačítko s vlnkou. Nevidíme-li žádnou proměnnost, dáme modré tlačítko. Žádný učený z nebe nespadl, takže pokud si nejsme jistí, dáme oranžové tlačítko „?“. Zvolíme-li, že hvězda je proměnná, v dalším kroku musíme zvolit přibližný typ proměnné. K tomu nám opět dopomůže nápověda, kde jsou ukázky. Přibližný vzhled proměnnosti symbolizuje už samotná ikonka v bublině, na kterou musíme kliknout.

 

Někde je ale celý tento druhý krok vynechán a přecházíme hned ke kroku 3.

 

Obr.4 Příklad světelné křivky proměnné hvězdy
Obr.4 Příklad světelné křivky proměnné hvězdy

 

3. Does the star have any transit features? Nyní hledáme tranzity a v případě, že je najdeme, označíme je modrými obdélníčky, jak jsme se naučili v první lekci. Doporučujeme procházet data po krátkých časových úsecích.

 

Ano, není to jednoduché, chce to praxi. Ale nebojte se! Doporučujeme hledání spíše výraznějších tranzitů. Nemá smysl asi prohledávat světelné křivky podrobně. Nevýrazné tranzity (malé exoplanety nebo spíše tranzity u aktivních hvězd, proměnných hvězd apod.) odhalí jen zkušené oko (jestli vůbec), běžný laik se může dopustit spíše omylu a označit falešný poplach. Podívejte se na projektem objevené kandidáty – odkaz a na jejich křivky (view star).

 

Program si z vás také může občas udělat dobrý den a hodit vám k analýze neexistující tranzit. Není to kanadský žert, ale má to určitý význam ke statistickému zpracování výsledků.

 

4. Would you like to discuss this star? program se vás zeptá, zda chcete nebo nechcete hvězdu prodiskutovat v diskusi. Pokud ne, dáme „No“ a začneme s další analýzou.

 

Co když se spletu?

 

Nic se neděje. Program dává jednu světelnou křivku k analýze většímu počtu lidí. Pokud pak třeba 70% lidí najde tranzit, je jasné, že této světelné křivce je nutné věnovat pozornost.

 

Co za to?

 

Nic, snad jen dobrý pocit a možnost nahlédnout pod pokličku projektu kosmického dalekohledu Kepler. Pokud ale budete mít štěstí a budete první, kdo planetu objeví, máte reálnou šanci být spoluautorem objevitelské studie!

 

Obr. 5 Světelná křivka proměnné hvězdy s dvěma výraznými tranzity (modré obdélníky)
Obr. 5 Světelná křivka proměnné hvězdy s dvěma výraznými tranzity (modré obdélníky)

 

Obr.6 Světelná křivka neproměnné hvězdy s hlubokým tranzitem (modrý obdélník).
Obr.6 Světelná křivka neproměnné hvězdy s hlubokým tranzitem (modrý obdélník). Tranzity menších exoplanet takto výrazné samozřejmě nejsou.

 

V posledním kroku se nás průvodce zeptá, zda chceme hvězdu prodiskutovat. Klikneme-li na „Yes“, můžeme napsat svůj komentář (anglicky). Pokud dáme „No“, přejdeme k analýze další hvězdy.

 

 

Další doporučené postupy výuky:

 

Na internetu je také tutoriál ve formě vida. I pokud neumíte anglicky, rozhodně si ho přehrajte! Některé věci vám pak budou jistě jasnější.

 


Planet Hunters Tutorial from The Zooniverse on Vimeo.
Video tutoriál k projektu Planet Hunters

 

Několik zajímavostí

 

Do konce ledna 2011 se 16 000 registrovaných uživatelů. Čtrnáct nejaktivnějších uživatelů prohlédlo 5 000 křivek (každý z nich), což představuje 10% z celkového počtu 1,3 milionů analýz.

 


Exoplanety.cz samozřejmě projekt plně podporují. Aktuální informace a další rady k projektu proto budete pravidelně nacházet i u nás (na webu, v časopise Gliese, na Facebooku apod.).

 

Doporučené odkazy: