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公民科學家在NASA TESS數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)類木星巨大行星TOI-2180 b
（神秘的公民地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：華盛頓州貝爾維尤市的Tom Jacobs喜歡“尋寶”活動。自2010年以來，科學這位前美國海軍軍官參加了在線志愿者項目，家N據(jù)中這些項目允許任何有興趣的發(fā)現(xiàn)人--“公民科學家”--通過美國宇航局（NASA）的望遠鏡數(shù)據(jù)尋找系外行星的跡象，即我們太陽系以外的類木行星。現(xiàn)在，星巨星 Jacobs已經幫助發(fā)現(xiàn)了一顆巨大的大行氣態(tài)巨行星，其距離地球約379光年，公民圍繞著一顆與太陽質量相同的科學恒星運行。
這顆木星大小的家N據(jù)中行星對天文學家來說是特別的，因為與太陽系外許多已知的發(fā)現(xiàn)氣態(tài)巨行星相比，它的類木261天軌道周期很長。這一結果還表明，星巨星這顆行星離它的大行恒星僅僅比金星離太陽更遠一些。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《天文學雜志》上，公民并在1月13日的美國天文學會虛擬新聞發(fā)布會上進行了介紹。
發(fā)現(xiàn)這顆行星并確定其大小和質量需要專業(yè)天文學家和像Jacobs這樣的公民科學家之間的大規(guī)模合作。為了追蹤這顆行星，他們參與了“一個全球性的聯(lián)合努力，因為我們都需要一起去關注這顆特殊的行星，”加州大學河濱分校的天文學家和該研究的主要作者Paul Dalba說。
Jacobs說：“發(fā)現(xiàn)和發(fā)表TOI-2180 b是一項偉大的集體努力，表明專業(yè)的天文學家和經驗豐富的公民科學家可以成功地一起工作。這是最好的協(xié)同作用。”
這一發(fā)現(xiàn)是如何發(fā)生的
這顆新發(fā)現(xiàn)的行星的特征隱藏在NASA的凌日系外行星勘測衛(wèi)星（或稱TESS）的數(shù)據(jù)中。利用TESS的數(shù)據(jù)，科學家們尋找附近恒星的亮度變化，這可能表明存在繞行行星。
Jacobs是一群公民科學家中的一員，他們查看TESS的數(shù)據(jù)圖，其顯示恒星的亮度隨時間的變化，以尋找新的行星。當專業(yè)的天文學家使用算法自動掃描恒星的數(shù)萬個數(shù)據(jù)點時，這些公民科學家則使用Alan R. Schmitt創(chuàng)建的一個名為LcTools的程序，用眼睛檢查望遠鏡數(shù)據(jù)。這就是由幾位公民科學家和兩位資深天文學家組成的Jacobs小組自稱為視覺調查小組的原因。他們中的許多人是在從事“行星獵人”項目時認識的，這是一個由NASA資助的公民科學項目，通過Zooniverse關注來自NASA開普勒航天器的數(shù)據(jù)。
2020年2月1日，Jacobs碰巧注意到一張圖，顯示來自TOI-2180的亮度在24小時內變暗了不到一半，然后又恢復到之前的亮度水平，這可能是由一顆軌道行星解釋的，據(jù)說它在從我們的視角經過恒星的前面時“凌日”。通過測量行星經過時變暗的光量，科學家們可以估計出該行星有多大，并結合其他測量結果，估計其密度。但是，只有當恒星和它的行星與尋找它們的望遠鏡對齊時，才可以看到“凌日”。
顯示行星亮度隨時間變化的圖表被稱為"光曲線"。視覺測量組提醒兩位專業(yè)科學家合作者--加州大學河濱分校的Paul Dalba和新墨西哥大學的副教授Diana Dragomir，這條光曲線有可能很有趣。
Dragomir說：“有了這個新發(fā)現(xiàn)，我們也在挑戰(zhàn)我們能從TESS觀測中提取的行星種類的極限。TESS并不是專門為尋找這種長軌道系外行星而設計的，但是我們的團隊在公民科學家的幫助下，還是挖掘出了這些稀有的寶石。”
專業(yè)天文學家使用的計算機算法被設計為通過識別來自單一恒星的多個過境事件來搜索行星。這就是當只有一次“凌日”時，公民科學家的視覺檢查是如此有用的原因。由于這是這個數(shù)據(jù)集中唯一的TOI-2180 b星變暗的例子，所以它被稱為"單一凌日事件"。
Dalba說：“他們投入的人工努力真的很重要，也很令人印象深刻，因為實際上很難編寫代碼，可以通過一百萬條光曲線，可靠地識別單一過境事件。這是人類仍然戰(zhàn)勝代碼的一個領域。”
但是，研究小組如何能夠排除對行星光線短暫下降的其他解釋？他們能確定他們已經發(fā)現(xiàn)了一顆行星嗎？他們將需要后續(xù)的觀測。
最終，這些望遠鏡都沒有探測到該行星。不過，在這個時間段內沒有明確的探測，還是給這個軌道可能有多長的時間設定了一個界限，表明這個軌道的周期大約是261天。利用這一估計，他們預測TESS將在2022年2月再次看到這顆行星經過它的恒星。
關于這顆行星
TOI-2180 b的質量幾乎是木星的三倍，但直徑相同，這意味著它的密度比木星高。這讓科學家們懷疑它是否以不同于木星的方式形成。
關于這顆行星形成的另一條線索可能是它內部的東西。通過計算機模型，他們確定這顆新行星可能有多達105個地球質量的比氫和氦更重的元素。"那是很多，"Dalba說。"這比我們懷疑的木星內部的東西還要多。"
天文學家仍然有很多關于外面的行星范圍的知識。大約4800顆系外行星已經被確認，但是在我們的銀河系中被認為有數(shù)十億顆行星。這項新發(fā)現(xiàn)表明，在巨型行星中，有些行星的重元素比其他行星多得多。
在我們的太陽系中，巨大的木星每12年圍繞太陽運行一次；對于土星，一個"年"是29年。我們在地球和太陽之間沒有像TOI-2180 b這樣的巨行星。但是在太陽系之外，天文學家已經發(fā)現(xiàn)了幾十顆系外行星，它們比木星還要大，而且軌道離恒星更近，甚至比水星的軌道還近。
TOI-2180 b的平均溫度約為170華氏度，比地球上的室溫還要高，比我們太陽系的外行星包括木星和土星還要高。但是與天文學家已經發(fā)現(xiàn)的圍繞其他恒星運行的凌日巨型系外行星陣列相比，TOI-2180 b異常寒冷。
Dalba說：“在我們發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)巨型系外行星和真正寒冷的木星和土星之間，它是一個很好的墊腳石。”
下一步是什么
當TESS在2月份再次觀測這顆恒星時，Dalba和公民科學家們急于獲得數(shù)據(jù)并再次深入研究。如果他們發(fā)現(xiàn)了這顆行星的特征，確認了261天的軌道周期，這將使他們在2020年尋找這顆行星的全球活動的數(shù)據(jù)有更多的意義。
NASA的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡于12月25日發(fā)射，有可能觀測到這顆行星及其大氣層。Dalba對韋伯望遠鏡的能力感到興奮還有另一個原因。鑒于在我們自己的太陽系中，木星有星環(huán)和衛(wèi)星，韋伯望遠鏡可以用來尋找環(huán)繞TOI-2180 b的小天體的存在。
到目前為止，在我們的太陽系之外還沒有確切地發(fā)現(xiàn)星環(huán)或衛(wèi)星，但其中一個原因可能是，許多系外行星被發(fā)現(xiàn)時非常接近它們的恒星，而恒星的引力可能會將這些天體剝離。TOI-2180 b位于離其主星較遠的地方，可能為這種搜索提供了一個有趣的機會。Dalba說：“我認為這是一個有趣的系統(tǒng)，將來會有這樣的機會。”
當他不追求他的行星“狩獵”愛好時，公民科學家Jacobs與非營利組織合作，幫助殘疾人在他們的社區(qū)找到就業(yè)機會。
視覺調查組的成員 “出于純粹的快樂和對促進科學的興趣，每天都投入許多時間來調查數(shù)據(jù)，”Jacobs說。該小組共同撰寫了超過68篇經同行評審的科學論文，包括發(fā)現(xiàn)凌日的“系外彗星”經過恒星的表面。
“我們喜歡為科學做出貢獻，”Jacobs說。“而且我喜歡這種類型的勘測，因為我知道這是在新的未被發(fā)現(xiàn)的領域，以前任何人都沒有見過。”
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（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：加州大學河濱分校（UCR）的一位天文學家和一群目光敏銳的公民科學家發(fā)現(xiàn)了一顆被典型的觀星工具所隱藏的氣態(tài)巨行星。這顆名為TOI-2180 b的行星，其直徑與木星相同，但質量幾乎是木星的三倍。研究人員還認為，它含有比氦和氫更重的元素，質量是地球的105倍。在我們的太陽系中沒有類似的東西存在。
這一發(fā)現(xiàn)的細節(jié)已經發(fā)表在《天文學雜志》上，并在1月13日的美國天文學會虛擬新聞發(fā)布會上公布。
幫助確認這顆行星存在的UCR天文學家Paul Dalba說：“TOI-2180 b是一顆令人激動的行星。它達到了三要素：1）有一個幾百天的公轉周期，2）相對接近地球（379光年的距離對于系外行星來說是非常近的），以及3）我們能夠看到它在其恒星前凌日。對于天文學家來說，發(fā)現(xiàn)一顆能同時滿足這三個條件的行星是非常罕見的。”
Dalba還解釋說，這顆行星很特別，因為它需要261天來完成圍繞其恒星的旅程，與我們太陽系以外的許多已知氣態(tài)巨行星相比，這是一個很長的時間。它與地球的相對距離和它所環(huán)繞的恒星的亮度也使天文學家有可能了解更多關于它的信息。
為了確定系外行星的位置，即圍繞太陽以外的恒星運行的行星，美國宇航局的TESS衛(wèi)星在天空的一個部分觀察了一個月，然后繼續(xù)前進。它正在尋找當一顆行星從一顆恒星前面穿過時出現(xiàn)的亮度下降。
Dalba說：“經驗法則是，我們需要看到三次‘變暗’或凌日，然后我們才相信我們已經找到了一顆行星。”單次的凌日事件可能是由于望遠鏡出現(xiàn)抖動，或者是一顆恒星“偽裝”成了一顆行星。由于這些原因，TESS并不關注這些單次的凌日事件。然而，一小群公民科學家卻在關注。
在查看TESS的數(shù)據(jù)時，小組成員、前美國海軍軍官 Tom Jacobs看到TOI-2180星的光線變暗，只有一次。他的小組提醒了Dalba，他專門研究那些需要長時間圍繞恒星運轉的行星。
Dalba和他的同事利用利克天文臺的自動行星探測望遠鏡，觀察到了這顆行星對恒星的引力牽引，這使他們能夠計算出TOI-2180 b的質量，并估計出其軌道的一系列可能性。Dalba希望能夠觀測到第二次凌日事件，他組織了一次活動，使用了北半球三大洲的14臺不同的望遠鏡。在2021年8月的11天里，這項工作產生了20000張TOI-2180的圖像，盡管其中沒有任何一張圖像能夠可靠地探測到該行星。
然而，這項活動確實使該小組估計TESS將在2月再次看到這顆行星繞過它的恒星，屆時他們正在計劃一項后續(xù)研究。Dalba的研究經費由美國國家科學基金會的天文學和天體物理學博士后獎學金計劃提供。
這個公民行星獵手小組從美國宇航局的衛(wèi)星（如TESS）獲取公開的數(shù)據(jù)，并尋找單次的凌日事件。雖然專業(yè)的天文學家使用算法來自動掃描大量的數(shù)據(jù)，但視覺調查小組使用他們創(chuàng)建的程序來用眼睛檢查望遠鏡數(shù)據(jù)。
Dalba說：“他們所付出的努力真的很重要，令人印象深刻，因為很難編寫能夠可靠地識別單次凌日事件的代碼。這是人類仍然戰(zhàn)勝代碼的一個領域。”