Analiza dużych zbiorów danych pozwala na rozwiązanie tajemnic egzoplanet
Określanie cech atmosfer egzoplanet stanowi kolejny przełom w tej dziedzinie nauki. Ze względu na fakt, że skład chemiczny atmosfer może dostarczyć nam cennych wskazówek dotyczących procesów ich powstawania oraz rozwoju, które przełożyły się na olbrzymią różnorodność egzoplanet w naszej galaktyce. Przed rozpoczęciem finansowanego przez Unię Europejską projektu ExoLights, badania wykorzystujące spektroskopię atmosfer egzoplanet były wykonywane fragmentarycznie, a badacze bardzo często skupiali się na pojedynczych widmach i wąskich zakresach długości fali. „Tego rodzaju podejście nie pozwoliłoby nam na uzyskanie odpowiedzi na kluczowe pytania naukowe dotyczące egzoplanet”, twierdzi Giovanna Tinetti, koordynatorka projektu. „Jedynie przeprowadzenie kompleksowych badań widm egzoplanet w różnych środowiskach pozwoli nam na znalezienie odpowiedzi na te podstawowe zagadnienia”.
Nowa era wykorzystywania dużych zbiorów danych w celu charakteryzacji egzoplanet
Zespół skupiony wokół projektu ExoLights dokonał szeregu przełomowych odkryć naukowych oraz stworzył infrastrukturę otwartoźródłowych kodów numerycznych pozwalających na obserwację i interpretację dużej liczby atmosfer egzoplanetarnych. W 2018 roku członkowie zespołu opracowali i opublikowali katalog 30 badanych dotychczas atmosfer egzoplanet. „Wykonana przez nas praca zmieniła całkowicie dziedzinę badania atmosfer egzoplanet. Przestaliśmy badać poszczególne planety, zamiast tego skupiliśmy się na charakteryzowaniu wielu planet jednocześnie”, dodaje Tinetti. „Skupienie się na analizie grup planet oraz zbudowanie infrastruktury pozwalającej na monitorowanie i przetwarzanie dużych zbiorów danych prowadzi całą dziedzinę charakteryzacji egzoplanet do osiągnięcia zakładanych celów”. Do tej pory naukowcom udało się dokonać szeregu niezwykle ważnych osiągnięć. Jednym z nich było badanie atmosfery wokół egzoplanety będącej superziemią. Kolejnym było wykrycie pary wodnej w atmosferze superziemi orbitującej w ekosferze swojej gwiazdy.
Zrozumienie egzotycznych światów egzoplanet na nowym poziomie
Wnioski płynące z badania wskazują, że konieczne jest systematyczne obserwowanie statystycznie istotnej liczby planet – około dwóch rzędów wielkości większej niż liczba planet, które mają być obserwowane w przyszłości przez obiekty ogólnego przeznaczenia – aby było możliwe dokładne sprawdzenie modeli oraz ustalenie istotnych parametrów fizycznych. „To wymaga obserwacji dużej liczby obiektów przez długi czas, na co może pozwolić tylko i wyłącznie zastosowanie instrumentu przeznaczonego wyłącznie do tego celu – typowe wielozadaniowe teleskopy często nie są zoptymalizowane pod kątem konkretnych zastosowań”, wyjaśnia Tinetti. W ramach projektu początkowo powstawały koncepcje oraz badania związane z dedykowanymi misjami kosmicznymi i obserwatoriami, takimi jak ARIEL oraz Twinkle. „Uczestnicy projektu ExoLights przewodzą działaniom mającym na celu planowanie i realizację tego rodzaju misji w Europie”, dodaje. „W ciągu najbliższych dziesięciu lat tego rodzaju działania przyniosą wymierne korzyści naukowcom zajmującym się planetami oraz egzoplanetami”. W ramach projektu ExoLights odbył się również szereg działań społecznych, a także zajęć edukacyjnych. Trwający obecnie projekt Original Research By Young Twinkle Students to innowacyjny i niezwykle skuteczny program edukacyjny, który umożliwia szkołom średnim pracę nad autorskimi badaniami naukowymi związanymi z misją kosmiczną Twinkle pod nadzorem doktorantów i innych młodych naukowców. Z kolei rozpoczęty w 2019 roku projekt ARIEL Data Challenge Series skupia zarówno profesjonalistów, jak i amatorów – specjalistów zajmujących się danymi, którzy wykorzystują technologię uczenia maszynowego w celu usuwania zakłóceń z obserwacji egzoplanet, które są spowodowane przez plamy na gwiazdach oraz wykorzystywane urządzenia. W 2019 roku przeszło 100 międzynarodowych zespołów wzięło udział w konkursie ARIEL Data Challenge Machine Learning. „W ramach projektu ExoLights powstała otwartoźródłowa infrastruktura pozwalająca na obserwację, analizę oraz interpretację danych na temat atmosfer egzoplanet, umożliwiając tym samym badanie bardzo dużej liczby zróżnicowanych planet przez następną dekadę”, podsumowuje Tinetti. „Opracowane otwartoźródłowe narzędzia, zaplanowane i realizowane misje kosmiczne oraz opublikowane wyniki badań naukowych będą stanowiły spuściznę zakończonego projektu”.
Słowa kluczowe
ExoLights, egzoplanety, atmosfery egzoplanet, duże zbiory danych, charakteryzacja egzoplanet, widma, superziemia
