天文學家有許多工具來研究宇宙：望遠鏡、衛星、星際飛船等等。不起眼的人眼也是這個工具包的關鍵組成部分，因為它通常可以發現演算法遺漏的模式或異常。最近，虛擬現實 (VR) 以及網際網路眾包力量帶來的成千上萬雙眼睛，也增強了我們視覺的審視能力。
美國宇航局戈達德太空飛行中心的研究人員最近宣佈發現了10顆被塵埃碎片盤包圍的恆星——行星形成早期階段遺留下來的氣體、塵埃和岩石的旋轉團塊。這項由虛擬現實和公民科學家的幫助促成的成果，最近發表在《天體物理學雜誌》上。這些發現可能有助於天文學家拼湊出行星系統如何形成的時間線。
碎片盤涵蓋了行星形成的各個階段，包括年輕時期，那時世界仍然嵌入在混亂的誕生過程留下的碎屑中。雖然天文學家已經設法直接觀測到了一些，但大多數年輕行星都超出了目前望遠鏡的觀測範圍。形成一個行星系統需要數百萬年，因此觀測者看到的每個碎片盤都只是該系統生命中一個時刻的短暫快照。為了揭開整個故事，天文學家搜尋了許多處於不同演化階段的、被圓盤環繞的行星系統，收集多個快照以拼湊成時間線。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保未來能夠持續報道有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
為了尋找碎片盤，觀測者通常首先尋找在紅外線下顯得特別明亮的恆星；這種異常的亮度通常來自恆星周圍圓盤中過量的、被星光加熱的塵埃。美國宇航局的紅外望遠鏡WISE（廣域紅外巡天探測器）對整個天空進行了巡視，在某些方面建立了迄今為止最全面的恆星紅外測量目錄。面對數以萬計的待分析資料點，以及可能隱藏在 WISE 目錄中的許多碎片盤，科學家該怎麼辦呢？
“這是一個很好的例子，說明現代天文學在很大程度上是如何在海量資料集中搜索‘大海撈針’的，”韋斯利大學的天文學家梅雷迪思·休斯說，她沒有參與這項研究。“即使使用機器學習演算法，仍然很難訓練計算機來完成識別嘈雜模式和注意到與預期的細微偏差的複雜工作，而這正是公民科學的集體腦力發揮作用的地方。”
一個名為“磁碟偵探”的專案培訓公民科學家——想要在業餘時間幫助研究的普通人——檢視 WISE 影像，並將它們與來自其他天文調查的影像進行比較，例如SkyMapper 南天巡天、Pan-STARRS 巡天和兩微米全天巡天 (2MASS)，目的是確認每顆候選恆星周圍都存在圓盤。自 2014 年專案啟動以來，公民科學家已經發現了超過 40,000 個圓盤——那是 40,000 個關於行星如何形成的歷史快照。
然而，為了將這些快照放入時間線中，天文學家需要弄清楚每個快照屬於哪裡。換句話說，科學家需要知道每顆恆星及其碎片盤的年齡。“當我們知道恆星和行星的年齡時，我們可以將它們按順序排列——如果你願意，可以從嬰兒到青少年再到成年，”美國宇航局天體物理學家、這項新研究的合著者馬克·庫奇納說。“這使我們能夠了解它們是如何形成和演化的。”
在天文學中，精確地確定恆星的年齡是一個出了名的棘手問題。一種解決方案是將恆星與其兄弟姐妹配對，形成一個稱為移動星群的星協。恆星通常從一片巨大的氣體雲中成簇形成，但隨著年齡的增長，許多曾經緊密的恆星家族會逐漸分離，它們的單個成員分散在銀河系中。透過仔細測量恆星的位置和速度，研究人員可以確定哪些恆星顯示出明顯的運動，追溯這些運動可以揭示它們是在同一時間和地點集體誕生的。一旦天文學家知道星群中的恆星是相關的，就可以根據已知的恆星生長和演化知識來直接計算它們的年齡。
尋找新的移動星群成員並不容易。為了做到這一點，天文學家傳統上依賴於分析現有的移動星群恆星列表，透過複雜的數學模型標記潛在的新成員。新專案背後的團隊想要嘗試一些不同的、更直觀的方法：它使用了一個VR 程式來在恆星周圍縮放，並獲得更清晰、三維的視角來觀察事物如何運動。
“當我說我想視覺化四百萬顆恆星的位置和速度時，我以為我會嚇跑 [美國宇航局的 VR 科學家]，”庫奇納說。“但他們連眼皮都沒眨一下！”為了建立這個虛擬的恆星寶庫，該團隊使用了來自蓋亞的資料，蓋亞是歐洲航天局的衛星，它提供了我們星系中恆星位置和速度的最佳可用測量資料。由此產生的 VR 模擬也充當了一種時間機器——瞭解恆星移動的速度和方向，庫奇納和同事們就可以及時地向前和向後追溯它的運動。
在擔任美國宇航局的訪問研究員期間，主要研究作者東尾須佐戴上 VR 頭顯，在模擬的數百萬顆恆星中飛行。她檢查了帶有圓盤的恆星與已知移動星群的關係，並推斷恆星在時間和空間上的運動，以測試它們潛在的關聯。“當四百萬顆恆星出現在 VR 中時，真是太令人興奮了，但當它們都開始在我周圍旋轉時，我感到有點頭暈，”她回憶道。“這是一種非常有趣和互動的方式來進行科學研究。”
東尾須佐將來自“磁碟偵探”的 10 個碎片盤追溯到它們的移動星群家族。然後，該團隊找到了這些圓盤的估計年齡，範圍從 1800 萬年到 1.33 億年不等。與我們大約 45 億年前的太陽系相比，它們都非常年輕。研究人員還發現了一個全新的移動星群，以其最亮的恆星命名為 Smethells 165。“每當我們發現一個新的移動星群時，我們就得到了一批年齡更精確的恆星，”庫奇納解釋道。
天文學家還發現了一個奇怪的、極端的碎片盤，圍繞著一顆暱稱為 J0925 的恆星，它不太符合他們預期的行星形成時間線。它的紅外亮度遠高於預期——這意味著它有更多的塵埃——對於一顆與其年齡相符的恆星來說。隨著碎片盤年齡的增長，它們的一些塵埃會螺旋式地進入恆星，或者被恆星風吹走。然而，J0925 似乎剛剛獲得了新鮮的熱塵埃，可能是最近兩個原行星碰撞造成的。休斯強調，這顆恆星是這項研究中發現的最有趣的天體。“極端碎片盤仍然有點神秘，但它們可能類似於我們太陽系在形成地球衛星的巨大撞擊期間的樣子。”
“磁碟偵探”的公民科學工作仍在進行中，現在已升級為使用蓋亞最新的資料批次。該團隊希望透過他們獨特的 VR 方法，識別出更多的移動星群成員和新的圓盤。這項研究的眾多公民科學家合著者之一麗莎·斯蒂勒為有希望成為志願者的公眾提供了鼓勵。“不要猶豫，參與公民科學專案，”她說。“無論您選擇哪種形式或選擇投入多少時間，您的幫助都是需要的。”
任何有網際網路連線的人仍然可以加入“磁碟偵探”專案，無需任何經驗。“超過 30,000 名公民科學家做出了貢獻，”庫奇納說。“‘磁碟偵探’仍在努力處理數十萬張 WISE 影像——我們仍然需要您的幫助。”