Pada masa ini, anda mungkin pernah mendengar bahawa ahli astronomi telah menghasilkan peta cuaca global pertama untuk kerdil coklat. (Sekiranya belum, anda boleh mendapatkan ceritanya di sini.) Mungkin anda juga pernah membina model kubus atau model belon origami permukaan kerdil coklat Luhman 16B yang disediakan oleh penyelidik (di sini).
Oleh kerana salah satu topi saya adalah pegawai maklumat awam di Institut Astronomi Max Planck, di mana sebahagian besar pembuatan peta berlangsung, saya terlibat dalam menulis siaran akhbar mengenai hasilnya. Tetapi satu aspek yang saya anggap menarik sangat tidak mendapat liputan di sana. Sebilangan kecil penyelidikan ini adalah contoh yang baik tentang seberapa cepat astronomi dapat dilakukan pada masa ini, dan, secara umum, ini menunjukkan bagaimana penyelidikan astronomi berfungsi. Oleh itu, inilah paparan di sebalik tabir - pembuatan, jika anda mahu - untuk peta permukaan kerdil coklat pertama (lihat gambar di sebelah kanan).
Seperti dalam sains lain, jika anda ingin menjadi ahli astronomi yang berjaya, anda perlu melakukan sesuatu yang baru, dan melampaui apa yang telah dilakukan sebelumnya. Bagaimanapun, itulah hasil keputusan baru yang dapat diterbitkan. Kadang-kadang, kemajuan seperti itu didorong oleh teleskop yang lebih besar dan instrumen yang lebih sensitif tersedia. Kadang-kadang, ini mengenai usaha dan kesabaran, seperti meninjau sejumlah besar objek dan membuat kesimpulan dari data yang telah anda menangi.
Kepintaran memainkan peranan penting. Fikirkan teleskop, instrumen dan kaedah analisis yang dikembangkan oleh ahli astronomi sebagai alat dalam kotak alat yang terus berkembang. Salah satu cara untuk memperoleh hasil baru adalah dengan menggabungkan alat ini dengan cara baru, atau menerapkannya pada objek baru.
Itulah sebabnya adegan pembukaan kami tidak istimewa dalam astronomi: Ini menunjukkan Ian Crossfield, seorang penyelidik pasca doktoral di Institut Astronomi Max Planck, dan sebilangan rakan sekerja (termasuk pengarah institut Thomas Henning) pada awal Mac 2013, membincangkan kemungkinan menerapkan satu kaedah tertentu untuk memetakan permukaan bintang ke kelas objek yang tidak pernah dipetakan dengan cara ini sebelumnya.
Kaedah ini dipanggil pengimejan Doppler. Ini memanfaatkan fakta bahawa cahaya dari bintang berputar sedikit berubah frekuensi ketika bintang berputar. Ketika bahagian permukaan bintang yang berlainan berlalu, dipusingkan oleh putaran bintang, peralihan frekuensi sedikit berbeza bergantung pada lokasi kawasan pemancar cahaya di bintang. Dari variasi sistematik ini, peta perkiraan permukaan bintang dapat dibina kembali, menunjukkan kawasan yang lebih gelap dan lebih terang. Bintang terlalu jauh bahkan teleskop semasa terbesar untuk mengetahui perincian permukaan, tetapi dengan cara ini, peta permukaan dapat dibina semula secara tidak langsung.
Kaedah itu sendiri tidak baru. Konsep asasnya diciptakan pada akhir 1950-an, dan tahun 1980-an menyaksikan beberapa aplikasi untuk bintang-bintang yang terang dan berputar perlahan, dengan para astronom menggunakan pencitraan Doppler untuk memetakan titik-titik bintang tersebut (tompok gelap di permukaan bintang; analog bintang ke bintik matahari).
Crossfield dan rakan-rakannya tertanya-tanya: Mungkinkah kaedah ini diterapkan pada kerdil coklat - perantara antara planet dan bintang, lebih besar daripada planet, tetapi dengan jisim yang tidak mencukupi untuk peleburan nuklear menyala di inti objek, mengubahnya menjadi bintang? Malangnya, beberapa pengiraan cepat, dengan mempertimbangkan apa yang boleh dan tidak dapat dilakukan oleh teleskop dan instrumen semasa serta sifat-sifat kerdil coklat yang diketahui, menunjukkan bahawa ia tidak akan berfungsi.
Sasaran yang tersedia terlalu samar, dan pencitraan Doppler memerlukan banyak cahaya: untuk satu kerana anda perlu membagi cahaya yang tersedia menjadi pelbagai warna spektrum, dan juga kerana anda perlu mengambil banyak ukuran yang agak berbeza - bagaimanapun, anda perlu memantau bagaimana peralihan frekuensi halus yang disebabkan oleh kesan Doppler berubah dari masa ke masa.
Setakat ini, begitu biasa. Sebilangan besar perbincangan bagaimana membuat pemerhatian dari jenis yang baru mungkin sampai pada kesimpulan bahawa ia tidak dapat dilakukan - atau tidak dapat dilakukan belum. Tetapi dalam kes ini, pemacu kemajuan astronomi lain muncul: Penemuan objek baru.
Pada 11 Mac, Kevin Luhman, ahli astronomi di Penn State University, mengumumkan penemuan penting: Dengan menggunakan data dari NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), dia telah mengenal pasti sistem dua kerdil coklat yang saling mengorbit satu sama lain. Hebatnya, sistem ini berada pada jarak hanya 6,5 tahun cahaya dari Bumi. Hanya sistem bintang Alpha Centauri dan bintang Barnard yang lebih dekat dengan Bumi daripada itu. Sebenarnya, bintang Barnard adalah kali terakhir sebuah objek ditemui berdekatan dengan sistem Suria kita - dan penemuan itu dibuat pada tahun 1916.
Ahli astronomi moden tidak terkenal dengan nama yang pantas, dan objek baru, yang dinamakan WISE J104915.57-531906.1, tidak terkecuali. Untuk bersikap adil, ini tidak bermaksud nama sebenarnya; ini adalah gabungan instrumen penemuan WISE dengan koordinat sistem di langit. Kemudian, sebutan alternatif "Luhman 16AB" untuk sistem itu dicadangkan, kerana ini adalah 16ika sistem binari yang ditemui oleh Kevin Luhman, dengan A dan B menunjukkan dua komponen sistem binari.
Hari-hari ini, Internet memberi komuniti astronomi akses segera ke penemuan baru sebaik sahaja diumumkan. Banyak, mungkin kebanyakan ahli astronomi memulakan hari kerja mereka dengan melayari kiriman terbaru ke astro-ph, bahagian astrofizik arXiv, sebuah repositori makalah ilmiah antarabangsa. Dengan beberapa pengecualian - beberapa jurnal menegaskan hak penerbitan eksklusif untuk sekurang-kurangnya sebentar -, di sinilah, dalam kebanyakan kes, ahli astronomi akan mendapat gambaran pertama mengenai makalah penyelidikan terbaru rakan mereka.
Luhman memposting makalahnya "Discovery of a Binary Brown Dwarf at 2 Parsecs from the Sun" di astro-ph pada 11 Mac. Bagi Crossfield dan rakan-rakannya di MPIA, ini adalah pengubah permainan. Tiba-tiba, inilah kerdil coklat yang dapat difahami pencitraan Doppler, dan menghasilkan peta permukaan kerdil coklat yang pertama.
Namun, ia masih memerlukan kekuatan pengumpulan cahaya dari salah satu teleskop terbesar di dunia untuk mewujudkannya, dan waktu pemerhatian pada teleskop semacam itu sangat diminati. Crossfield dan rakan-rakannya memutuskan bahawa mereka perlu menerapkan satu ujian lagi sebelum mereka melamar. Mana-mana objek yang sesuai untuk pengimejan Doppler akan berkelip sedikit, tumbuh sedikit lebih cerah dan lebih gelap pada gilirannya apabila kawasan permukaan yang lebih terang atau lebih gelap berputar ke dalam pandangan. Adakah Luhman 16A atau 16B berkedip - dalam perbincangan ahli astronomi: adakah salah satu daripada mereka, atau mungkin kedua-duanya, menunjukkan kebolehubahan yang tinggi?
Astronomi dilengkapi dengan skala masa tersendiri. Komunikasi melalui Internet pantas. Tetapi jika anda mempunyai idea baru, maka biasanya, anda tidak boleh menunggu malam jatuh dan menunjuk teleskop anda dengan sewajarnya. Anda perlu menerima cadangan pemerhatian, dan proses ini memerlukan masa - biasanya antara setengah tahun hingga satu tahun antara cadangan anda dan pemerhatian sebenar. Juga, memohon hanyalah formaliti. Kemudahan yang besar, seperti Teleskop Observatorium Selatan Eropah, atau teleskop angkasa seperti Hubble, biasanya menerima permohonan lebih dari 5 kali jumlah masa pemerhatian yang sebenarnya ada.
Tetapi ada jalan pintas - cara agar projek pemerhatian yang sangat menjanjikan atau sangat penting untuk diselesaikan lebih cepat. Ia dikenali sebagai "Waktu Discretionary Director", kerana pengarah pemerhati - atau wakil - berhak untuk mengedarkan sebahagian masa pemerhatian mengikut budi bicara mereka.
Pada 2 April, Beth Biller, seorang lagi MPIA post-doc (dia kini berada di University of Edinburgh), melamar waktu diskretioner Pengarah pada teleskop MPG / ESO 2.2 m di balai cerap ESO La Silla di Chile. Cadangan itu diluluskan pada hari yang sama.
Cadangan Biller adalah mempelajari Luhman 16A dan 16B dengan instrumen yang disebut GROND. Instrumen ini dikembangkan untuk mengkaji sekejap letupan kuat dan jauh yang dikenali sebagai letupan sinar gamma. Dengan objek astronomi biasa, ahli astronomi dapat meluangkan masa. Objek-objek ini tidak akan banyak berubah selama beberapa jam seorang astronom membuat pemerhatian, pertama menggunakan satu penapis untuk menangkap satu jarak panjang gelombang (kira "cahaya satu warna"), kemudian penapis lain untuk julat panjang gelombang yang lain. (Gambar astronomi biasanya menangkap satu julat panjang gelombang - satu warna - pada satu masa. Jika anda melihat gambar warna, biasanya hasil dari serangkaian pemerhatian, satu penapis warna pada satu masa.)
Letupan sinar gamma dan fenomena sementara yang lain berbeza. Sifat mereka boleh berubah dalam skala waktu beberapa minit, tanpa meninggalkan masa untuk pemerhatian berturut-turut. Itulah sebabnya GROND membenarkan pemerhatian serentak terhadap tujuh warna yang berbeza.
Biller telah mencadangkan untuk menggunakan kemampuan unik GROND untuk merakam variasi kecerahan untuk Luhman 16A dan 16B dalam tujuh warna yang berbeza secara serentak - sejenis pengukuran yang belum pernah dilakukan sebelumnya pada skala ini. Penyelidik maklumat yang paling serentak diperoleh dari kerdil coklat berada pada dua panjang gelombang yang berbeza (karya oleh Esther Buenzli, kemudian di Observatorium Steward University of Arizona, dan rakan sekerja). Biller akan bermain selama tujuh. Oleh kerana rejim panjang gelombang yang sedikit berbeza mengandungi maklumat mengenai gas dengan warna yang sedikit berbeza, pengukuran seperti itu menjanjikan pandangan mengenai struktur lapisan kerdil coklat ini - dengan suhu yang berbeza sesuai dengan lapisan atmosfera yang berlainan pada ketinggian yang berbeza.
Bagi Crossfield dan rakan-rakannya - Biller di antara mereka -, pengukuran variasi kecerahan juga harus menunjukkan sama ada salah satu kerdil coklat adalah calon yang baik untuk pencitraan Doppler.
Ternyata, mereka tidak perlu menunggu lama. Sekumpulan ahli astronomi di sekitar Michaël Gillon telah mengarahkan teleskop robotik TRAPPIST, yang dirancang untuk mengesan eksoplanet oleh variasi kecerahan yang mereka sebabkan ketika melewati antara bintang tuan rumah mereka dan seorang pemerhati di Bumi, ke Luhman 16AB. Pada hari yang sama ketika Biller mengajukan permohonan untuk memerhatikan masa, dan permohonannya disetujui, kumpulan TRAPPIST menerbitkan sebuah makalah "Cuaca yang berkembang pesat untuk kedua-dua jiran bawah tanah kami yang paling sejuk", memetakan variasi kecerahan untuk Luhman 16B.
Berita ini menangkap Crossfield beribu-ribu batu dari rumah. Beberapa pemerhatian astronomi tidak memerlukan ahli astronomi untuk meninggalkan pejabat mereka yang selesa - cadangan itu dihantar kepada staf astronomi di salah satu teleskop besar, yang membuat pemerhatian setelah keadaannya tepat dan menghantar data kembali melalui Internet. Tetapi jenis pemerhatian lain memerlukan para astronom melakukan perjalanan ke teleskop apa pun yang digunakan - ke Chile, katakanlah, ke atau ke Hawaii.
Ketika variasi kecerahan untuk Luhman 16B diumumkan, Crossfield memerhatikan di Hawaii. Dia dan rakan-rakannya segera menyedari bahawa, dengan hasil baru, Luhman 16B telah beralih dari menjadi calon yang mungkin untuk teknik pencitraan Doppler menjadi yang menjanjikan. Semasa penerbangan dari Hawaii kembali ke Frankfurt, Crossfield dengan cepat menulis cadangan pemerhatian mendesak untuk Waktu Discretionary Pengarah pada CRIRES, spektrograf yang dipasang pada salah satu Teleskop Sangat Besar 8 meter (VLT) di balai cerap Paranal ESO di Chile, mengemukakan permohonannya pada bulan April 5. Lima hari kemudian, cadangan itu diterima.
Pada 5 Mei, cermin raksasa 8 meter Antu, salah satu daripada empat Unit Teleskop Teleskop Sangat Besar, menoleh ke arah buruj Selatan Vela ("Pelayaran Kapal"). Cahaya yang dikumpulkannya disalurkan ke dalam CRIRES, spektrograf inframerah resolusi tinggi yang disejukkan hingga sekitar -200 darjah Celsius (-330 Fahrenheit) untuk kepekaan yang lebih baik.
Tiga dan dua minggu sebelumnya, masing-masing, pengamatan Biller telah menghasilkan banyak data mengenai kebolehubahan kedua kerdil coklat dalam tujuh jalur panjang gelombang yang berbeza.
Pada ketika ini, tidak lebih dari dua bulan berlalu antara idea asal dan pemerhatian. Tetapi dengan menyebutkan istilah Edison yang terkenal, astronomi pemerhatian adalah pemerhatian 1% dan penilaian 99%, kerana data mentah dianalisis, diperbetulkan, dibandingkan dengan model dan kesimpulan yang dibuat mengenai sifat objek yang diperhatikan.
Untuk pemantauan variasi kecerahan Beth Biller dengan panjang gelombang, ini memerlukan masa sekitar lima bulan. Pada awal bulan September, Biller dan 17 rakan penulis, Crossfield dan rakan-rakan MPIA yang lain di antara mereka, menyerahkan artikel mereka kepada Surat Jurnal Astrofizik (ApJL) setelah beberapa semakan, diterima pada 17 Oktober. Dari 18 Oktober dan seterusnya, hasilnya dapat diakses secara dalam talian di astro-ph, dan sebulan kemudian ia diterbitkan di laman web ApJL.
Pada akhir bulan September, Crossfield dan rakan-rakannya telah menyelesaikan analisis pencitraan Doppler mereka terhadap data CRIRES. Hasil analisis sedemikian tidak pernah 100% pasti, tetapi para astronom telah menemui struktur permukaan Luhman 16B yang paling mungkin: corak bintik-bintik yang lebih terang dan lebih gelap; awan yang diperbuat daripada besi dan mineral lain melayang pada gas hidrogen.
Seperti biasa di lapangan, teks yang mereka kirimkan ke jurnal Alam semula jadi dihantar kepada pengadil - seorang saintis, yang tidak bernama, dan yang memberikan cadangan kepada editor jurnal sama ada artikel tertentu harus diterbitkan atau tidak. Selalunya, walaupun untuk artikel yang difikirkan oleh pengadil harus diterbitkan, dia mempunyai beberapa cadangan untuk diperbaiki. Selepas beberapa semakan, Alam semula jadi menerima Crossfield et al. artikel pada akhir Disember 2013.
Dengan Alam semula jadi, anda hanya dibenarkan menerbitkan versi terakhir yang disemak semula pada pelayan astro-ph atau yang serupa tidak kurang dari 6 bulan setelah penerbitan di jurnal. Oleh itu, sementara sebilangan rakan sekerja akan mendengar mengenai peta kerdil coklat pada 9 Januari pada sesi Mesyuarat 223 Persatuan Astronomi Amerika, di Washington, DC, untuk komuniti astronomi yang lebih luas, penerbitan dalam talian, pada 29 Januari 2014 , akan menjadi gambaran pertama hasil baru ini. Dan anda boleh yakin bahawa, dengan melihat peta kerdil coklat, sebilangan dari mereka akan mula memikirkan apa lagi yang dapat dilakukan seseorang. Nantikan keputusan generasi seterusnya.
Dan di sana anda memilikinya: Penyelidikan astronomi selama 10 bulan, dari idea hingga penerbitan, menghasilkan peta permukaan pertama kerdil coklat (Crossfield et al.) Dan kajian tujuh gelombang panjang gelombang pertama mengenai variasi kecerahan dua kerdil coklat (Biller et al.). Secara keseluruhan, kajian ini memberikan gambaran menarik mengenai corak cuaca yang kompleks pada suatu objek di antara planet dan bintang sebagai permulaan era baru untuk kajian kerdil coklat, dan langkah penting menuju tujuan lain: peta permukaan terperinci planet gas gergasi di sekitar yang lain bintang.
Pada catatan yang lebih peribadi, ini adalah siaran akhbar pertama saya yang diambil oleh Weather Channel.
