Тайна девятой планеты

Как научные волонтёры ищут коричневых карликов на снимках, полученных с орбитального телескопа, и о собственном опыте участия в волонтёрском научном проекте NASA рассказывает Владислав Цой.

В проекте «Люди науки» мы не только популяризируем научное волонтёрство, но и сами им занимаемся. К примеру, моя начальница по вечерам проходит опросы, другой коллега время от времени участвует в психологических экспериментах, а несколько человек фотографируют живую природу и загружают снимки в базы данных. Я же записываюсь на разные онлайн-проекты и коротаю досуг с помощью игр по «гражданской науке». В этот раз меня потянуло исследовать окрестности Солнечной системы и совершать астрономические открытия. А началось всё в детстве, как обычно.

«В Солнечной системе девять планет, — говорили папа с мамой. — Все они вращаются вокруг Солнца. Самая маленькая — Плутон, самая большая — Юпитер, а мы с тобой живём на Земле». Родители купили мне набор магнитов на холодильник с изображением планет Солнечной системы. Доставая еду, я ласково гладил пальцем Плутон — он дальше всех от Солнца, поэтому мне его было немного жалко.

В 2006 году случилось страшное: учёные разжаловали Плутон— «и их осталось восемь». На холодильнике кто-то сделал подпись «карликовая планета». Я так расстроился за Плутон, что почти перестал интересоваться астрономией.

Любопытство вернулось, когда астрономы заговорили о загадочной девятой планете. По расчётам, её орбита проходит где-то далеко-далеко за Нептуном. А недавно коллеги из «Людей науки» и «Науки и жизни» рассказали, что помочь астрономам отыскать эту планету может любой желающий. Для этого нужно лишь стать волонтёром научного проекта NASA «Backyard Worlds: Planet 9». Что я немедленно и сделал.

Скриншот заглавной страницы сайта проекта «Backyard Worlds: Planet 9»

Чем занимаются участники «Backyard Worlds: Planet 9»?

Добровольцы «Backyard Worlds: Planet 9» анализируют архивные фотографии с инфракрасного орбитального телескопа NASA — WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer). Поскольку данных очень много, исследователи не могут отсмотреть все снимки самостоятельно: на это ушли бы годы работы. Разные системы искусственного интеллекта, конечно, помогают астрономам, но пока справляются с такими задачами хуже человека: наш мозг точнее различает артефакты изображения и реальные объекты.

Поэтому астрономы в 2017 году обратились за помощью к научным волонтёрам. В «Backyard Worlds: Planet 9» доброволец получает для анализа четыре последовательных кадра с изображением звёздного неба. Эти фотографии мало похожи на обработанные красивые снимки NASA и ESA — скорее уж, на картины экспрессиониста Джексона Поллока в низком разрешении. Сравнивая фотографии между собой, участник проекта может заметить движущийся объект: его положение будет изменяться на кадрах. Эти находки могут быть как обычными помехами, так и той самой девятой планетой или коричневым карликом — небесным телом возле Солнечной системы, чья масса больше планетарной, но меньше звёздной (где-то от 13 до 80 масс Юпитера). Астрономы и астрофизики получат сообщение волонтёра и изучат отмеченные объекты.

Первых успехов «Backyard Worlds: Planet 9» добился через шесть дней после своего запуска: волонтёры отыскали коричневого карлика, получившего название «WISEA 1101+5400» . С тех пор было обнаружено больше сотни подобных небесных тел.

Слева – снимок с телескопа WISE, на котором был обнаружен коричневый карлик WISEA 1101+5400, расположенный на расстоянии приблизительно 100 световых лет от Земли. Илл.: Marc J. Kuchner et al., The Astrophysical Journal Letters, 2017.

«Без научных волонтёров мы не смогли бы собрать такую большую выборку за столь короткое время, — говорит Джей Дэви Киркпатрик (J. Davy Kirkpatrick), астроном из Центра данных для инфракрасной астрономии (IPAC) Калифорнийского технологического института в Пасадене. — Тысячи пытливых глаз позволили нам гораздо быстрее найти кандидатов в коричневые карлики».

Что нужно делать?

У «Backyard Worlds: Planet 9» нет ни отдельного сайта, ни мобильного, ни десктопного приложения. Найти проект можно на портале Zooniverse — одном из крупнейших ресурсов по гражданской науке. Чтобы начать работу с фотографиями, регистрироваться необязательно. Но без регистрации многие функции — вроде общения с другими участниками — для вас будут закрыты.
Интерфейс и статьи представлены на восьми языках, русского среди них нет. Инструкцию, объясняющую, какие объекты интересуют астрономов и как их отмечать, я читал на английском. А чтобы лучше понимать природу изучаемых объектов, ещё и заглянул в F.A.Q.

Рабочий процесс довольно прост: волонтёр получает набор из четырёх архивных фотографий и может либо запустить их последовательное воспроизведение, — тогда это будет похоже на простенькую анимацию, — либо вывести на экран сразу все картинки, чтобы можно было рассмотреть мелкие детали.

Рабочее окно проекта «Backyard Worlds: Planet 9».

Если доброволец не замечает ничего интересного, то переходит к следующему изображению (зелёная кнопка «Done»). А если на фотографиях есть любопытные объекты, отмечает их специальным маркером («Marking tool»). Чтобы эту находку поскорее заметили учёные, стоит также занести данные в специальную гугл-форму Think You’ve Got One. Содержание фотографии можно обсудить с другими волонтёрами — для этого нужно кликнуть на синюю кнопку «Done & talk».

В сложных случаях — когда непонятно, что же изображено на фотографии — отлично помогает справочник («Field guide»). В нём собраны примеры объектов и артефактов. К сожалению, пользоваться им со смартфона неудобно: фотографии и анимации в этом разделе не масштабируются.


Справочник объектов, которые можно найти на снимках.

Что мне удалось отыскать?

Как уверяют авторы «Backyard Worlds: Planet 9», в среднем волонтёр находит что-то интересное в одном из 60 наборов фотографий. Судя по всему, этот расчёт близок к истине: просмотрев около 200 таких серий, я отметил 4 объекта. Анализ каждого набора у меня занимал в среднем от 15 секунд до минуты. Иногда больше, если нужно было получше разглядеть находку. К примеру, на этот кадр я глазел 15 минут и в итоге нашёл четыре медленно движущихся объекта.

Координаты найденных мной движущихся объектов на группе снимков 27996431: (231.273, 67.437), (231.162, 67.465), (231.101, 67.393), (231.371, 67.435).

Наверное, я бы принял их за обычные артефакты, если бы мне на помощь не пришёл модератор проекта «Backyard Worlds: Planet 9». Он написал в комментариях к изображению, что снимок действительно любопытный, и уточнил координаты объектов.

На бесполезных снимках видны звёзды и разного рода помехи, которые астрономов совершенно не интересуют. Но и среди них время от времени попадаются довольно необычные фотографии. Вот этот кадр, например, рассекает надвое странная полоса:

Она оказалась дифракционным лучом — линией, исходящей от яркого объекта (вроде звезды). Такой эффект возник из-за особенностей прохождения света через оптическую систему телескопа. Кстати, именно из-за дифракционных лучей художники зачастую изображают звёзды как яркие крестики. На других кадрах это заметно чуть лучше:

Тут мне, скорее всего, попалась пульсирующая переменная звезда из класса мирид — их так назвали по имени звезды Мира из созвездия Кита. На последовательных снимках видно, как изменяется её яркость. А слева от мириды — ближе к центру фотографии — виднеется странное пятно. Заметив его, я сперва обрадовался — решил, будто нашёл какой-то редкий объект. А потом перечитал F.A.Q и понял, что это обычный артефакт. Расстроился, но через 10-15 минут нашёл новый медленно движущийся объект, который точно будет интересен учёным. Вот он— в левом верхнем углу:

Медленно движущиеся объекты на снимках проявляются как «диполи»: как яркая и тёмная половинки, которые меняются местами на разных кадрах. Это связано с обработкой серии из четырёх снимков, при которой из первого кадра вычитается усреднённый кадр 2-4, а из каждого из этих трёх вычитается первый кадр. В результате неподвижные объекты на изображении «исчезают», а подвижные предстают в виде ярких белых точек.

Итоги

Посидев в «Backyard Worlds: Planet 9» несколько вечеров, я почувствовал, как процесс меня потихоньку затягивает. Но не так, как какая-нибудь видеоигра, сериал или книга. В этом проекте вы не найдёте увлекательного сюжета или хитрых механик. Это очень медитативный процесс, чем-то напоминающий виртуальную рыбалку или бёрдвотчинг.

На форумах проекта я читал, как волонтёры отмечают объекты, пока едут в общественном транспорте. Но мне кажется это сущей пыткой: от поиска крохотных точек и пятен в трясущейся маршрутке мне стало плохо. Зато для содержательной прокрастинации этот астрономический проект подходит идеально. Вроде и отдыхаешь, и важным делом занимаешься.

Особенно вдохновляет, что волонтёры уже не раз совершали настоящие открытия. Их находки помогают астрономам и астрофизикам изучать природу коричневых карликов и других небесных тел. Многие добровольцы даже стали соавторами опубликованных научных работ. Возможно, когда-нибудь и моё имя будет красоваться в статье из The Astrophysical Journal. Или, быть может, ваше.

Материал из совместной рубрики с проектом «Люди науки» citizen-science.ru.