公民科学家在一颗类似太阳的恒星周围发现两颗气态行星

晚上，七岁的米格尔喜欢和他的父亲塞萨尔·卢比奥(Cesar Rubio)谈论行星和恒星。“我试图培养这种能力，”卢比奥说，他是加州波莫纳的一名机械师，为采矿和发电设备制造零部件。

在这张艺术家的渲染图中，两颗气态行星围绕着明亮的恒星HD 152843运行。这些行星是通过公民科学项目行星猎人TESS与专业科学家合作发现的。
图片来源：NASA/Scott Wiessinger

现在，这个男孩可以声称他的父亲也帮助发现了行星。塞萨尔·卢比奥是行星猎人TESS的数千名志愿者之一。行星猎人TESS是一个由NASA资助的公民科学项目，旨在寻找太阳系以外的行星或系外行星的证据。公民科学是公众与科学家合作的一种方式。全球已有超过2.9万人加入了行星猎人TESS项目，以帮助科学家寻找系外行星。

塞萨尔·卢比奥和儿子米格尔(Miguel)喜欢一起谈论太空。
图片来源：塞萨尔·卢比

行星猎手TESS现在宣布发现了两颗系外行星，并在《皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上在线发表了一项研究，并将卢比奥和其他十多位公民科学家列为共同作者。

这些奇异的世界围绕着一颗名为HD 152843的恒星运行，距离地球约352光年。这颗恒星的质量与太阳差不多，但几乎是太阳的1.5倍大，亮度稍高。

行星b与海王星大小相仿，是地球的3.4倍，在大约12天的时间内绕其恒星公转一周。外行星c大约是地球的5.8倍，是“亚土星”，其轨道周期在19到35天之间。在我们的太阳系中，这两颗行星都会在水星的轨道之内，水星的轨道大约是88天。

英国牛津大学天体物理学博士生、该研究的主要作者诺拉·艾斯纳(Nora Eisner)说：“同时研究它们，这对于限制行星如何随着时间的形成和演化的理论非常有趣。”

TESS是凌日系外行星勘测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite)的缩写，这是NASA于2018年4月发射的航天器。TESS团队使用来自天文台的数据确定了100多颗系外行星和2,600多颗等待确认的候选行星。

行星猎人TESS项目通过Zooniverse网站运营，于2018年12月启动，当时TESS的首批数据刚刚对外公开。志愿者们看的是显示不同恒星随时间变化的亮度的图。他们注意到哪张图显示了恒星亮度的短暂下降，然后上升到原来的水平。这可能发生在一颗行星穿过其恒星的表面，阻挡了一小部分光线的时候–这一事件被称为凌日。

行星猎人TESS项目与15名志愿者共享每个亮度图，称为光曲线。在该网站的后台，一个算法收集了所有志愿者提交的信息，并挑选出多个志愿者标记的光曲线。艾斯纳和他的同事们随后观察排名最高的光曲线，并确定哪些光曲线有利于后续的科学研究。

即使在像机器学习这样复杂的计算技术时代，拥有一大群志愿者通过望远镜查看数据对研究人员来说也是一个很大的帮助。由于研究人员不能完美地训练计算机识别潜在行星的特征，人眼仍然是有价值的。伊斯纳说:“这就是为什么很多系外行星候选行星被遗漏了，也是为什么公民科学如此伟大的原因。”

在HD 152843的案例中，公民科学家查看了显示其在TESS观测的一个月内的亮度的图表。光曲线显示出三个明显的下降，这意味着至少有一颗行星可能在围绕这颗恒星运行。所有看了这个光曲线的15位公民科学家都标出了至少两颗行星，有些人还在行星猎人TESS在线讨论论坛上标出了这个光曲线。

然后，科学家们进行了更仔细的观察。通过将数据与他们的模型进行比较，他们估计两次凌日来自内行星，另一次来自另一颗外行星。

为了确定凌日信号来自行星，而不是其他来源，比如互相遮挡的恒星、经过的小行星，或者TESS本身的运动，科学家们需要用不同的方法来观察这颗恒星。他们在西班牙拉帕尔马的伽利略国家望远镜上使用了一种叫做HARPS-N(北半球高精度径向速度行星搜索器)的仪器，以及在亚利桑那州弗拉格斯塔夫的洛厄尔天文台使用的EXPRES(极精密光谱仪)仪器。HARPS和EXPRES都是通过检查星光是否因行星围绕其恒星运行而“摆动”来寻找行星的存在。这种被称为径向速度法的技术也能让科学家们估计遥远行星的质量。

虽然科学家们无法得到足够清晰的信号来确定这些行星的质量，但他们得到了足够的径向速度数据来进行质量估算——行星b的质量约为地球的12倍，行星c的质量约为地球的28倍。他们的测量验证信号表明行星的存在;需要更多的数据来确认它们的数量。科学家们继续用HARPS-N观测这个行星系统，并希望很快能得到更多关于这些行星的信息。

研究人员可能很快就会有高科技工具来研究这些行星是否有大气层以及其中存在什么气体。NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜，将于今年晚些时候发射，将能够观察在这一系统中类似的行星的大气的分子类型，特别是更大的外行星。HD 152843行星温度太高，而且是气态的，无法支持我们所知的生命，但它们对于科学家了解银河系中可能存在的行星范围很有价值。

伊斯纳说:“我我们正在朝着寻找类地行星和研究其大气的方向迈出一小步，并继续突破我们所能看到的界限。”

将HD 152843光曲线归类为可能的行星的来源的公民科学家，以及三位行星猎人论坛的版主，被邀请将他们的名字列为宣布发现这些行星的研究报告的共同作者。

其中一位公民科学家是亚历山大·休伯特(Alexander Hubert)，他是德国维尔茨堡一名专注于数学和拉丁语的大学生，并计划成为一名中学教师。到目前为止，他已经通过行星猎人TESS分类了一万多条光曲线。

亚历山大·休伯特正在学习成为一名数学和拉丁语教师，但他喜欢天文学公民科学项目。
图片来源：亚历山大·休伯特

“我有时感到遗憾，在我们这个时代，我们不得不把自己限制在一两门课上，比如我，我主修拉丁语和数学。”休伯特说。“我真的很感激能有机会在Zooniverse参与到一些不同的事情中来。”

来自比利时鲁汶的伊丽莎白·巴滕(Elisabeth Baeten)是另一位共同作者，她在再保险管理部门工作，她说对行星猎人TESS上的光曲线进行分类是“令人放松的”。她从小就对天文学感兴趣，是2007年开始的天文学公民科学项目Zooniverse的最初志愿者之一。Zooniverse邀请参与者对遥远星系的形状进行分类。