公民科学家在地球附近发现数十颗“失败之星”

公民科学沙龙是 Discover 和 SciStarter.org 的合作项目。

有时，旧方法确实是最好的方法。天文学家克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）在1930年发现冥王星时，就是通过无数个小时盯着一台名为“闪烁比对仪”的设备的结果。利用它，汤博能够快速地在拍摄于不同时间的夜空图像之间来回切换。

美国国家航空航天局的一个名为“后院世界”的公民科学项目，要求志愿者进行类似的操作，只是以虚拟的方式。志愿者们梳理我们天体邻域的图像，寻找我们附近的新世界，就像汤博当年一样。但他们现在寻找的不是行星，而是更奇特的东西。今天的搜索重点是一种被称为褐矮星的奇特天体——它们既不是行星，也不是恒星。

参与该项目的科学家们现已发布了迄今为止最全面的地球附近褐矮星地图，他们表示，如果没有公民科学家的辛勤工作，这项工作是不可能完成的。这张地图将有助于天文学家更好地了解褐矮星的形成和演化，并让研究人员更清楚地了解我们太阳系之外的太空中的天体。他们的研究于2020年底在线发表，并将刊登在《天体物理学报增刊》上。

搜寻褐矮星

1930年2月18日，星期二，汤博正在翻阅最近拍摄的图像，他注意到一个小点在来回跳动，这表明他发现了一个附近的天体。进一步的观测工作排除了小行星等其他天体，这颗曾经的第九行星的发现就此官方确认。如今，冥王星已被降级为矮行星，因为我们在太阳系中发现了其他类似的天体。

但天文学家们强烈怀疑，我们还没有完成对太阳系遥远区域的行星发现。近年来，已经发现了许多小行星和其他所谓的柯伊伯带天体。一些天文学家认为，在海王星之外很远的地方，还有一颗大行星在绕轨道运行，他们称之为“第九行星”。

在我们天体邻域更远的地方，很可能存在许多暗淡、神秘的天体，被称为褐矮星。它们比行星大，但又不足以成为恒星，褐矮星是一种奇特的中间状态天体。它们通常被定义为质量介于木星的13到80倍之间。更新的地图包括65光年内525颗褐矮星，但肯定还有更多的等待着被发现。

加州理工学院红外处理与分析中心（Caltech’s Infrared Processing and Analysis Center）的科学家、后院世界项目成员戴维·柯克帕特里克（Davy Kirkpatrick）表示，褐矮星非常难以寻找。

由于褐矮星不足以开始将氢聚变成氦——这是驱动我们的太阳和其他恒星发光的进程——它们通常相当冷，这意味着它们不会发出大量天文学家可以探测到的辐射。天文学家已经发现了各种各样成分和内部活动不同的褐矮星。尽管如此，关于褐矮星如何形成以及它们是什么样子，仍然存在许多问题。需要更多的观测来解开这个谜团。

这就是公民科学发挥作用的地方。得益于美国国家航空航天局的“广域红外巡天探测器”（WISE）航天器收集的数据，天文学家们已经能够获得几乎整个夜空的高分辨率图像。自2009年起，该卫星以各种红外频率扫描天体，并于2013年启动了第二个阶段，称为NEOWISE。

天文学家原本计划用更强大的红外望远镜，如斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope），对WISE图像中发现的任何有趣事物进行后续观测。但他们很快遇到了一个大问题：美国国家航空航天局计划关闭斯皮策。为了找到任何东西，科学家们需要迅速行动。

柯克帕特里克说：“我们很早就与（公民科学家）取得了联系，说‘让我们尽快找到尽可能多的候选者，因为我们没有多少时间用斯皮策来完成这项工作了。这几乎是不可能完成的任务。’“如果没有公民科学家，我们就不会有那么多的候选天体，也没有足够的时间进行后续观测。所以他们简直是天赐的礼物。”

志愿者们使用在线工具快速翻阅在短时间内拍摄的夜空图像。如果他们发现有东西在移动，他们就能提醒天文学家，天文学家将利用更强大的观测设备对他们的工作进行后续研究。志愿者们发现了数十颗新的褐矮星候选天体，科学家们利用斯皮策望远镜对其进行了后续观测，从而帮助创建了这张新地图。总而言之，在短短一年时间里，公民科学家们就帮助发现了52颗新的褐矮星。

公民科学带来真实成果

尽管斯皮策于2020年1月关闭，但天文学家们得以对公民科学家们挑选出的许多有前途的候选天体进行了后续观测。这导致发现了诸如一种名为极端T型亚矮星（extreme T-type subdwarfs）的新型褐矮星。科学家们认为，这些天体非常古老，有些甚至有约100亿年的历史。新地图中的其他独特观测还包括已知最冷的褐矮星，其温度可能低于冰点。

其他观测结果仍在等待解释。

柯克帕特里克说：“其中一位公民科学家确实发现了一个非常、非常暗淡的物体，它只是在天空中划过。我们当时想，‘这是什么？这一定是某种奇怪的东西。’”他说，该物体与他们存档中的任何光谱都不匹配。

进一步的研究表明，它是一颗非常古老的冷褐矮星，主要由氢组成，没有大多数其他褐矮星所含的金属。柯克帕特里克说，他的团队在收集更多数据后，很可能会很快发布一篇关于该天体的新论文。

柯克帕特里克指出，虽然像这样的激动人心的新发现可能不是常态，但志愿者们常常能发现研究人员忽略的东西。

他说：“我认为公民科学家们，部分原因在于他们没有我们那些先入为主的观念，他们更容易发现不寻常的东西，因为他们的眼睛并没有被我们认为是我们要找的东西所“调校”。"

柯克帕特里克说，他特别感谢一小群几十名志愿者，他们为该项目投入了大量时间。其中一位志愿者甚至编写了一个名为WiseView的工具，该工具通过允许参与者轻松地来回翻阅图像，大大简化了发现褐矮星的过程。

志愿者们还可以收听科学家们每周的电话会议，在会议中讨论最新的发现和新的研究重点。

柯克帕特里克说：“他们喜欢听科学家们之间的互动交流，因为他们可以实时了解科学是如何发生的。”

如果您想加入世界各地的公民科学家行列，并亲身体验克莱德·汤博当年发现冥王星的过程，请前往SciStarter上的“后院世界”项目联盟页面。在您的SciStarter仪表板中，“信息与设置”下添加您的Zooniverse用户名，以获得参与积分。也许您也能发现属于您自己的、飘浮在太空中的世界。