开源思想如何帮助我们研究系外行星

冥王星,太阳系的第九大行星1发现于1930年,同年该研究所成立。虽然在接下来的65年里,该研究所接待了5000多名成员,但在同一时期没有发现一颗新行星。

最后,在1995年,天文学家发现了一个天体,他们称之为51飞马座b。这是半个多世纪以来首次发现行星。不仅如此,它还是太阳系外第一颗围绕类太阳恒星运行的行星。我们现在称这些行星为太阳系外行星,简而言之,系外行星

事实证明,飞马座51 b是一个非常奇怪的天体。它的质量几乎和木星一样大,但它绕主恒星运行的周期只有4天。相比之下,木星需要12年才能绕太阳一圈。因为飞马座51 b非常靠近恒星,它的平衡温度非常高。这种类型的行星通常被称为“热木星”。

自从第一颗系外行星被发现以来,这项技术已经有了巨大的进步,全世界的天文学家都在努力探测系外行星,现在每年都能探测到大量的行星。2011年,发现了189颗行星,大约是该研究所每年访问成员的数量。2012年,有130颗新行星被发现。截至今年5月20日,已确认的系外行星总数为892颗,分布在691个不同的行星系中。

就我个人而言,我对这些系统的形成非常感兴趣。我们对太阳系中的每一颗行星都有很多信息,但对这892颗系外行星知之甚少。深入研究这个有限的数据集,并试图找出系外行星是如何获得它们现在的轨道的,这是非常令人兴奋的。单单观察51飞马座b就会出现很多问题:为什么它离恒星的距离比木星近一百倍?它是在更远的地方形成的吗?它和我们过去的木星没有太大的不同吗?对于51飞马b,我们知道答案了。我们认为它是在离恒星较远的地方形成的,那里的温度等条件更有利于行星的形成,然后它向内移动,这一过程被称为行星迁移。对于其他891颗行星中的许多行星来说,情况更为复杂,特别是当涉及多颗行星时。已经发现的行星系统的多样性是巨大的。 We haven’t discovered a single system that looks remotely similar to our own solar system. This makes exoplanetary systems so exciting to study!

要做这种研究,需要所有系外行星的目录。有几个这样的数据库存在,但它们都有一个基本缺陷:它们不是“开放的”。这些数据库要么由一个人维护,要么由一小群科学家维护。如果不是这个核心圈子的一部分,就不可能对数据库做出贡献。这让我很困扰,因为这不是最有效的方法,也不鼓励科学家之间的合作。因此,在研究所工作期间,我开始了一个新项目开放系外行星目录.顾名思义,与其他数据库相比,这个数据库确实是“开放的”。欢迎每个人贡献、更正或添加新数据。你可以把它想象成维基百科版本的天文数据库。

同样的想法在软件界也非常成功。有了开源许可证,程序员就可以向任何人提供研究、修改和发布他们编写的软件的权利——而且是免费的。显而易见的优势是可负担性和透明度。但也许更重要的是,通过公开软件源代码,永续性、灵活性和互操作性得到了极大的改善。

汤姆的手
系外行星可视化竞赛的获奖作品是ExoVis,这是一个交互式网站,允许人们可视化、搜索、研究和比较开放系外行星目录中的所有行星系统。

开源运动的成功是惊人的。每次你启动电脑、打开网页浏览器或发送电子邮件时,你都在使用一个开源程序,通常是在后台。成功的故事开源主要是基于分布式版本控制系统的广泛采用。2这些工具包允许成千上万的人在一个项目上一起工作和协作。对任何文件所做的任何更改都可以追溯到某个个人。这就建立了一个基于人际关系的信任网络。最初,让数千人从事同一个项目的概念可能看起来混乱、危险或根本不可能。然而,研究表明,这种大规模的协作能够产生更好的软件3.而且比使用传统方法更安全。

天体物理学落后于这场革命。虽然有一些软件包是开源的(并被广泛使用),但将相同的原则应用于数据集和目录的想法是新的。太阳系外行星提供了一个理想的测试案例,因为数据集是由来自世界各地的许多不同的观察小组生成的。观测和发现的发展如此之快,以至于静态目录不再是一种选择。

为了让人们对《开放系外行星目录》背后的思想和哲学感到兴奋,我发起了一项可视化比赛,即“系外行星可视化比赛”,目标是提出令人惊叹和创造性的方法来可视化系外行星数据。我们对提交的内容没有任何限制。唯一的要求是,每次提交都必须使用来自公开系外行星目录的真实数据。这导致了一组极其多样化的提交。例如,我们收到了出版级的科学图,可能适合居住的系外行星的艺术图纸,以及一个互动网站。一位参与者甚至设计了一件内置微控制器和显示系外行星数据的可穿戴背心。感谢伦敦皇家天文学会的慷慨资助,我们能够为最佳作品颁奖。在…的帮助下Scott Tremaine理查德·布莱克(学院教授)、戴夫·斯皮格尔(学院成员)和丹·法布里基(芝加哥大学助理教授)选出了两位获奖者。

亚军由哥伦比亚安蒂奥基亚的豪尔赫·苏卢阿加获得。他设计了一种展示系外行星数据的新方法,比如行星大小和平衡温度。当涉及到确定一颗行星是否潜在宜居时,这些因素尤其令人感兴趣。他提交的《综合系外行星径向图》根据代表系外行星近似平衡温度的颜色说明了系外行星的半径。这张图还显示了行星轨道特性、主恒星大小以及其他可能感兴趣的变量的信息。

比赛的获胜者是来自莱斯特的博士生汤姆·汉兹。他写了一个交互式网站ExoVis,将所有已发现的行星系统可视化。该项目使用HTML5, Javascript, jQuery和PHP。人们可以搜索行星,研究它们的轨道参数,并将它们与其他系统进行比较,所有这些都可以在一个网络浏览器中完成。

“开放系外行星目录”是一个非常新的项目。关键问题是要接触到大量的定期贡献者;那么,从长远来看,数据集的质量将胜过所有“封闭的”竞争对手,就像现在维基百科比大英百科全书使用得更广泛一样。我对未来很乐观。

1冥王星最初被归类为太阳系的第九大行星。2005年,国际天文联合会决定将冥王星称为矮行星。
2这些工具中最受欢迎的是Git,编写Linux内核和许多其他主要开源项目的人都在使用它。
3.在软件世界中,“更好”是以每行代码的bug为单位来衡量的。

推荐阅读:有关开放系外行星目录、其工作流程和数据格式的更多信息可在www.openexoplanetcatalogue.com/。汤姆汉德的ExoVis网站托管在www.tomhands.com/exovis/.Jorge Zuluaga的综合系外行星径向图的高分辨率图像可以在http://astronomia.udea.edu.co/iCERC/

Hanno Rein,多伦多大学自然科学学院成员(2010-13),助理教授,研究行星系统的bob苹果下载形成和演化。除了公开系外行星目录,他还开发了一个名为Exoplanet的智能手机应用程序(http://exoplanetapp.com),吸引了近千万用户。该应用程序列出了所有的太阳系外行星,并以三维可视化和银河系的交互式模型为特色。雷小山将其描述为与地球相似,但适用于整个宇宙。今年秋天,他将以助理教授的身份加入多伦多大学。