公民科学家利用 JWST 研究神秘的褐矮星

“我身边的科学”博客是 Discover 杂志与 ScienceNearMe.org 的合作项目。

当美国国家航空航天局 (NASA) 的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 于 2021 年圣诞节发射时，它标志着天文学家太空观测的新时代。这个强大的望远镜比以往任何时候都能看到更远的红外波长，并且分辨率更高，这意味着它可以比以往任何时候都更深入地探索宇宙，从而可能为宇宙解锁新的答案。

科学家和公众在今年夏天发布了望远镜的第一批图像时，都亲眼目睹了 JWST 的能力，这些图像展示了船底座星云、南环星云等的天高清视图。从那时起，这架太空望远镜的日程安排就一直很紧张，因为天文学家们继续利用它来收集关于系外行星、星系、星云等的新数据。

该日程包括几个包含新参与者群体的项目：公民科学家。JWST 将对一项名为“后院世界：冥王星九号”的公民科学项目的 डेटा 进行后续研究，该项目致力于寻找我们星邻中的寒冷、昏暗的天体。这些天体可能是行星，也可能是其他类型的物体，例如褐矮星，这是一类神秘的、算不上是恒星的天体。参加“后院世界”的志愿者已经发现了一些需要仔细研究的候选天体，JWST 将在未来几个月开始在天空中扫描它们，希望能揭示关于地球附近宇宙中天体多样性的新数据和新信息。

>> 参与其中：后院世界：冥王星九号

“它们真的很难找到，”公民科学家兼即将进行的寻找褐矮星的 JWST 观测活动的联合研究员 Dan Caselden 说。“这是大海捞针的问题，但却非常有趣。”

搜寻失败的恒星

褐矮星是一类介于像木星这样的巨型气态行星和像太阳这样的恒星之间的天体。褐矮星的质量不够大，无法将氢聚变成氦，而这就是驱动恒星发光发热的过程，因此它们相对较冷。这些“准恒星”可以告诉我们关于像许多系外行星这样的巨型气态行星的新知识，包括它们的 [大] 气是由什么组成的以及它们的行为方式。

Caselden 参与的项目名为“揭示寒冷世界的多元化”，该项目正在研究最寒冷的褐矮星，称为 Y 型矮星。在这些天体上，温度可能低于水的沸点，有时甚至与地球上一个温暖的日子相当。这意味着我们在地球上发现的许多气体，如二氧化碳、甲烷和水，也可能存在于 Y 型矮星上。这使得它们成为 JWST 的理想目标，JWST 是第一个能够深入观察遥远天体 [大气] 的望远镜。

尽管褐矮星可能很大——质量是木星的 80 倍——但它们很难被发现，因为它们非常寒冷，因此在图像中不像明亮、炽热的恒星那样显眼。因此，研究褐矮星的科学家面临的第一个障碍就是找到它们的位置。

公民科学助力发现

这就是像 Caselden 这样的公民科学家的用武之地。通过 NASA 的“后院世界”项目，志愿者们会浏览宽场红外巡天探测器 (WISE) 任务的 [图像] 数据，该任务对整个天空进行拍照。在这些图像中隐藏着无数的新天体，但由于它们非常寒冷，很难辨认出来。

公民科学家与机器学习算法一起，仔细地在图像中搜索，寻找任何看起来像新褐矮星的东西。当他们找到一个候选天体时，他们会通知天文学家，天文学家会进行后续观测以了解更多信息。Caselden 说，这些天体通常离地球很近，这使得发现更加令人兴奋。

“如果你发现其中一个，而且它离我们很近，它就会在图像中‘尖叫’着掠过，这看起来太棒了，”他说。“看到一些飞速移动的东西会更令人兴奋。”

Caselden 是一名计算机安全研究员，他还为该项目开发了工具，使志愿者和研究人员能够以新的方式搜索数据。

“这里充满了非常棘手的问题，”他说。“任何改进都会被科学团队感受到。你可以看到你的工作确实产生了影响。”

这些工具包括由 Caselden 与同事 Paul Westin 创建的 Wiseview 网站，以及帮助加快“后院世界”公民科学家工作效率的机器学习算法。

公民科学家发现的一百多个天体已经由强大的望远镜（现在包括 JWST）进行了观测。新的、更强大的望远镜可能成为研究 Y 型矮星等寒冷天体的天文学家的“游戏规则改变者”，Caselden 正希望对其进行观测。JWST 将使天文学家能够解析来自单个 Y 型矮星或其光谱的不同波长辐射，从而推断出褐矮星的年龄、温度和质量，甚至可能存在哪些元素。

“我们从 JWST 获得的最大东西是以前从未获得过的波长光谱，”Caselden 说。“在我们获得第一个光谱后，现在的一个重要任务是了解化学成分：Y 型矮星中有什么，我们在它们的 [大气] 中看到了什么（产生了这些光谱）？”

这些见解反过来可以为关于系外行星 [大气] 的持续研究提供信息。更好地了解其他行星上存在哪些分子有助于天文学家了解那里的地质和大气过程，甚至可能在存在外星生命的情况下提供证据。

参与 NASA 科学

Science Near Me 提供了数十种学习甚至为 NASA 科学做出贡献的机会。您可以学习二进制代码（天文学家使用它与钱德拉 X 射线天文台通信），了解科学和天文学领域的先驱女性，或者浏览 NASA 的“宇宙学习”提供的交互式系外行星图库。

或者，通过“后院世界：冥王星九号”寻找褐矮星，或使用智能手机监测您所在地区的光污染，从而参与公民科学。您还可以通过GLOBE Observer 项目更贴近地球，这些项目让公民科学家能够追踪地球上的土地覆盖、云层、树木高度甚至蚊子！

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