如果移民太陽系外行星，這十個星球將是首選

凝視星空時，你或許也曾有過尋找太陽系外行星的夢想。現在，一些“公民科學家”項目提供了絕妙的機會：不需要專業知識，只要打開網站，動動手指，你就有可能幫助科學家找到新行星。

撰文 | 張琪

審校 | 王昱

首先，讓我們來“做道題”。請看下面這張圖，觀察被框起來的部分有什麼特徵。

接下來，請在下圖中找出有類似特徵的區域。

找到了嗎？如果你能輕鬆給出答案，那麼恭喜你，可以參與尋找新行星的工作了！

這道“題目”的圖片來源於一個名爲“行星獵人TESS（Planet Hunter TESS）”的“公民科學家”項目。正如名字所說，這個項目關注的是太陽系外的行星（簡稱系外行星），使用的數據則來自於美國凌星系外行星巡天衛星（TESS）。

搜索系外行星時，一項主要手段就是凌星法。就像地球和太陽的亮度差別，恆星的光芒完全蓋過了系外行星，因此即使用現在最先進的望遠鏡，我們依然很難直接看到系外行星。但我們可以通過主星光線的變化來推測行星是否存在，這就是凌星法。

當一顆行星掠過恆星前面時，會遮擋部分恆星發出的光線，這時在地球觀測者眼中，恆星就會變暗了。因此我們可以藉助恆星光線變化的幅度和頻率，來推測系外行星是否存在和其基本特徵。比如，如果假設恆星亮度不變，那麼更大的行星就會阻擋更多的光線。以太陽系爲例，木星是太陽系內最大的行星，它經過太陽表面時，凌日深度（反應太陽光線變暗的程度）約爲1%，而對小得多的地球來說，凌日深度只有0.01%。

正是使用這個方法，2009年發射升空的開普勒望遠鏡曾幫助我們找到了2662顆系外行星，而在其退役後，TESS接下重擔，用其更廣闊的視野尋找系外行星。自2018年4月18日發射升空後，TESS在2年間一刻不停地監視着約20萬顆明亮恆星發出的光線，每2分鐘測量並記錄一次它們的亮度。這當然爲我們提供了尋找和觀測系外行星的絕佳機會，但同時也帶來了巨大的數據量和計算量。

這些數據當然不可能由研究團隊手動處理，事實上，科學家已經開發出了比較有效的算法，來從海量數據中識別出可能的凌日事件，幫助研究者鎖定“行星候選體”。然而研究者始終擔憂的是，算法真的能夠識別出所有的凌日事件嗎？會不會有寶貴的“行星候選體”被遺漏呢？這讓研究團隊開始思考藉助公衆力量尋找系外行星的可能性。

“衆籌”超級計算機

事實上，藉助公衆力量解決科學問題的“公民科學家”項目並不少見，甚至在上個世紀末就出現了。上世紀70年代，加州大學伯克利分校的科學家丹·沃西默（Dan Werthimer）和同事啓動了 “搜尋附近地外智慧生命羣落的無線電波計劃”（Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations， SERENDIP）項目，試圖從無數噪音中尋找可能存在的微弱無線電信號。但是受到計算能力的限制，即便使用超級計算機，也難以在目標波段內進行有效探測。

但研究者並不甘心就此放棄，他們將目光轉向了個人電腦，決定用“大力出奇跡”的方式“衆籌”出一臺超級計算機。1999年5月17日，地外文明搜尋計劃（Search for Extraterrestrial Intelligence，SETI）正式與公衆見面了。簡單來說，這個計劃將三家天文臺（包括美國弗吉尼亞州的綠岸天文望遠鏡，波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡和歐洲的低頻陣列望遠鏡）接收到的無線電信號“分成”無數小塊的數據，發送給參與其中的若干計算機分別進行計算，計算結果上傳後經過統一合併，得出最終結論。

想要參與這個項目非常簡單，用戶只需下載一個小程序，登錄後選擇SETI@home項目，程序就會自動開始分析計算，不會耗費參與者更多的時間或是腦細胞。爲了讓項目顯得更有趣，研究者甚至將整個計算過程可視化成了酷炫的彩虹三維圖，還提供了作爲屏保的選項。

SETI@home項目一經推出就收穫了極大熱度，推出後僅幾個月，226個國家或地區的超出260萬人就貢獻出了自己的電腦——畢竟大家都想在外星人呼叫地球的時候，由自己的電腦“接起電話”。雖然SETI項目在2020年宣佈結束，但它的確展現出了公衆參與科學研究的強大力量和可能性。

“衆籌”大腦

而對於“行星獵人TESS”項目來說，“衆籌”的則不是電腦的閒置算力，而是志願者自身的智慧。還記得你在文章開頭看到的圖片嗎？圖中橫座標是時間，縱座標是亮度的變化，這些看似雜亂的“點點圖”就是TESS所記錄的每個恆星亮度隨時間的變化曲線。

我們已經提到過，當一顆行星掠過恆星表面，恆星發出的光線會暫時變暗，顯示在圖中就可能是標識區域的樣子。志願者需要做的非常簡單，從網站提供的光變曲線中，依次識別出可能的亮度下降事件並標出就可以了。

當然，爲了保證識別結果足夠可靠，研究者也做出了一些努力。首先，在正常的探測結果中，混入了一些模擬光變曲線。這些模擬曲線人爲設置了數個“凌日”事件，這樣，通過模擬曲線的識別結果，研究者可以評估每個志願者識別能力的強弱。同時，每組數據都會被分配給8~15名志願者，他們的識別結果結合各自識別能力的權重，就可以給出每個事件的可能性評分。

最終，在TESS發射後2年的時間裏，世界各地的2萬餘名志願者參與其中，篩選了超過1200萬組數據。研究團隊根據評分，重新檢查了得分排名前500的事件，排除掉已通過其他渠道確認的結果後，最終識別出了90顆新的系外行星候選體。隨後，研究團隊會對這些行星候選體進行重複檢查和後續觀察，來排除掉其他可能性，鎖定哪些是行星大小的天體。

在90顆算法的“漏網之魚”中，73顆行星候選體在整個觀測週期中只發生了一次凌日事件，這意味着它們具有更長的軌道週期，也更容易被算法忽略。目前，“行星獵人TESS”項目已經宣告結束，項目結果發表於天文學頂刊《英國皇家天文學會月刊》，研究者在網站中列出了參與每個“行星候選體”識別的志願者的ID，並在論文的致謝中寫道“我們想要感謝所有參與了‘行星獵人TESS’項目的公民科學家，是他們提供了發現如此多有趣的天體系統的機會。”

公民科學家

雖然“行星獵人TESS”項目暫時告一段落，不過假如你對此很感興趣，現在還有機會參加同一平臺發佈的“行星獵人NGTS”項目。與“行星獵人TESS”不同，這個項目的數據來源於智利的次世代凌星巡天（Next-Generation Transit Survey，NGTS）望遠鏡。同時，新的項目設置更加“傻瓜”，它提供的數據圖經過了初步處理，志願者只需要根據自己對圖像形狀的理解，將其分入五個分類中的某一個或某兩個當中。這些數據是算法篩選出的大量疑似凌日事件，但其中只有一小部分可能屬於凌日事件，研究者希望通過公衆的力量，篩選出其中最爲寶貴的那部分數據。

目前，新的項目已經有4616人蔘與，已完成28 065項任務，進度達到了32%。“我們非常確定我們的計算機程序漏掉了一些行星，”英國華威大學天體物理學家，“行星獵人NGTS”項目負責人彼得·惠特利（Peter Wheatley）表示，“漏掉的這些將是最不尋常的信號，因此反而可能是最有趣的天體。人類仍然比機器聰明，我迫不及待地想看看我們的志願者發現了什麼，這真是太令人興奮了！”

特別聲明，本文不含任何推廣成分……

參考鏈接：

https：//setiathome.berkeley.edu

https：//www.zooniverse.org/projects/nora-dot-eisner/planet-hunters-tess

https：//academic.oup.com/mnras/article-abstract/501/4/4669/6027708？redirectedFrom=fulltext

https：//www.zooniverse.org/projects/mschwamb/planet-hunters-ngts

本文轉自《環球科學》