Den Kavli Foundation Q&A: Hur Fungerar Medborgare Vetenskap Bilresa Upptäckten?

0
40

Crowd-sourcing universum: Tack vare online-portaler, legioner av frivilliga astronomer vänder sina ögon mot himlen och gör otroliga vetenskap. Tre forskare diskutera framtiden för medborgare astronomi.

Ett collage av de 29 nya gravitationslinsning kandidater upptäcktes av medborgare forskare med Utrymme Varp.
Utrymme Skevheter / Canada-France-Hawaii Telescope Äldre Undersökning

Astronomer är allt ta volontär “medborgare forskare” för att hjälpa dem att undersöka en till synes ändlös ström av bilder och avstånd i universum. Dessa frivilliga insatser kombineras med en kraftfull inverkan på studien av kosmos.

Bara i November förra året, en medborgare vetenskap projekt som heter Space Varp tillkännagav upptäckten av den 29 nya gravitationella linser regioner i universum där massiva objekt böja vägar av fotoner (från galaxer och andra ljuskällor), eftersom de färdas mot Jorden. Som ett kosmiskt fenomen går linserna är mycket uppskattad av forskare eftersom de erbjuder en frestande glimtar av objekt alltför avlägsen, och dim, att synas genom existerande teleskop, samt viktiga uppgifter om lensing objekt själva.

Utrymmet Varp ” drag av linser är ännu mer imponerande på grund av hur den erhölls. Under en åtta månaders period, ca 37 000 invånare volontärer kammade igenom mer än 430 000 digitala bilder i en enorm, online-foto bibliotek i rymden. Automatiska datorprogram har identifierat de flesta av de 500 gravitationella linser på astronomen böcker. Men datorer misslyckats med att flagga den 29 linser Utrymme Varp volontärer såg, sett till unika kunskaper som vi människor besitter.

I denna Q&A, artighet av Kavli Foundation, tre forskare diskutera möjligheterna för medborgare vetenskap och speciellt Utrymme Trålvarpet-projektet. Alla tre är medförfattare på två artiklar som publicerades i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society beskriver det Utrymme som Snedvrider resultaten. I Kavli Stiftelsens roundtable, forskare diskuterat vad var och en kritisk roll för medborgare vetenskap när det gäller att främja astronomiska upptäckt.

Deltagarna:

  • Anupreeta Mer) är ett projekt som forskare vid Kavli Institute för Matematik och Fysik i Universum (Kavli IPMU) vid Universitetet i Tokyo. Mer är en co-principal investigator för Utrymme Varp, en medborgare projekt dedikerade till att identifiera gravitationella linser.
  • Aprajita Verma är en senior forskare på institutionen för fysik vid Universitetet i Oxford. Verma är också en co-principal investigator för Utrymme Varp.
  • Chris Lintott – är en professor i astrofysik och medborgare vetenskap leda vid Universitetet i Oxford. Lintott är en av grundarna av Galaxy Zoo, en medborgare vetenskap projekt där frivilliga klassificera olika typer av galaxer, och principal investigator för Zooniverse medborgare vetenskap webb-portal.

Följande är en redigerad utskrift av rundabordssamtal. Deltagarna har getts möjlighet att ändra eller redigera sina kommentarer.

Den Kavli Foundation: Anupreeta och Aprajita, där fick du idén tillsammans med din co-principal investigator Phil Marshall av Kavli Institute for astropartikelfysik och Kosmologi (KIPAC) vid Stanford University — att sätta volontärer som vill jobba på att identifiera gravitationella linser från och tillbaka i 2013?

ANUPREETA MER: för några år sedan, Chris Lintott höll ett föredrag om citizen science på Kavli Institute for Kosmologiska Fysik i Chicago, där jag arbetade vid den tiden. Det fick mig att tänka på en objektiv sökning genom att medborgare och forskare.

APRAJITA VERMA: För Phil Marshall och jag, Utrymme Varp växte fram ur Galaxy Zoo. Snart efter Galaxy Zoo lanserade, jag började titta på några av de galaxer som var inlagd på Galaxy Zoo användare forum som hade potential lensed funktioner som omger dem. Detta var en bra produkt av de centrala Galaxy Zoo-projektet. Men vi insåg att för att hitta dessa otroligt sällsynta källor, som ofta förväxlas med andra objekt, vi behövde verkligen ett skräddarsytt gränssnitt för att effektivt hitta linser. Detta växte till en Plats Varp.

TKF: Chris, Galaxy Zoo i sig var inspirerad av Stardust@home, första astronomi-baserade citizen science-projekt, där människor har spelat en aktiv roll. Tills dess, medborgare, forskare ofta dator ägare som erbjöd gratis processorkraft på sina enheter till stöd i machine-driven analys av data. Var du orolig när du började Galaxy Zoo 2007 att det skulle vara svårt att locka volontärer?

CHRIS LINTOTT: Eftersom Stardust@home inblandade personer tittar på bilder av en komet damm korn kom tillbaka av NASA: s Stardust rymdsond, vi tänkte att “Tja, om människor är villiga att titta på damm korn, då är säkert att de skulle vara glada att titta på våra galaxer!” Men det visade sig vara nästan bredvid punkten. Som vi har gjort många av dessa citizen science-projekt under de år, vi har upptäckt att det är inte kvaliteten på bilderna för att fråga. Efter alla, våra galaxer är inte typiskt vacker. De är inte rymdteleskopet Hubble bilder som du förväntar dig att hitta på första sidan av New York Times. Våra galaxer är ofta suddig, lite, gåtfulla blobbar. Utrymmet Trålvarpet bilder är vackra, men de är inte den typ av sak du skulle sälja som en affisch i butiken på Kennedy Space Center.

Det är faktiskt de idéer som få människor glada. Jag tror Utrymme Varp och Galaxy Zoo har varit framgångsrika för att de har gjort ett bra jobb med att förklara för människor varför vi behöver deras hjälp. Vi säger till dem: “Se, om du gör så här enkel uppgift, gör det möjligt för oss att göra vetenskap.” Denna idé är bäst visas av Planet Hunters, en medborgare vetenskap projekt som letar efter exoplaneter uppgifter från NASA: s Kepler rymdfarkoster. Användare tittar på grafer för skojs skull. Men eftersom tanken är upptäckten av exoplaneter, kommer folk att sätta upp med att titta på data.

TKF: Vad för slags unik vetenskap är möjligt på grund av Utrymme Varp?

VERMA: Gravitationella linser tillåter oss att titta på föremål, som mycket avlägsna galaxer, som är svagare och i mycket mer detalj än med teleskop som vi har nu. Det är möjligt för den typ av vetenskap som vi kommer att rutinmässigt göra med extremt stort teleskop i framtiden.

MER: Det är rätt. Något unikt med gravitational lensing är att det fungerar som en naturlig teleskop och låter oss studera några riktigt svaga, avlägsna galaxer som vi inte skulle få studera något annat. Vi ser dessa avlägsna galaxer i det tidiga stadier av sin livscykel, vilket hjälper oss att förstå hur galaxer utvecklas över tid.

Också, i en gravitationell lins system, är det möjligt för oss att studera egenskaper i förgrunden galaxer eller galaxy grupper som är gravitationellt lensing bakgrunden källor. Till exempel, vi kan mäta massan av dessa förgrunden galaxer och även studera hur massan är fördelad i dem.

TKF: Space Teleporterar och andra medborgare vetenskap projekt blomstra eftersom datorprogram har ibland svårt att identifiera funktioner i data. Varför datorer har problem med att upptäcka den karakteristiska båge eller blobby former av gravitationella linser som människor kan?

MER: problemet är att dessa arc-liknande bilder av avlägsna galaxer kan ha mycket olika former och profiler. Processen för lensing förstorar dessa galaxer bilder och kan förvränga dem. Även dessa avlägsna galaxer sänder ut ljus vid olika våglängder och kan visas i olika färger. Dessutom finns det strukturer i dessa galaxer som kan ändra formen på bågarna.

VERMA: Dessutom massor av spiralgalaxer har blåaktig spiralarmar som kan se ut som linser. Vi kallar dessa objekt “objektiv bedragare” och vi hitta många fler av dessa falska positiva jämfört med sällsynta, sanna gravitationella linser.

MER: Alla dessa skillnader gör det svårt att automatisera processen för att hitta linser. Men människan är väldigt bra på pattern recognition. Det dynamiska omfånget så att våra ögon och vår hjärna utbudet är mycket större än en algoritm för datorn.

LINTOTT: en Annan sak att ha i åtanke i astronomi, särskilt i Rymden Varp, är att vi ofta söker sällsynt objekt. En dators prestanda beror mycket starkt på hur många exempel man måste “träna” det med. När du arbetar med sällsynta saker, det är ofta mycket svårt att göra. Vi kan inte montera stora samlingar av hundratals av tusentals exempel på gravitationella linser eftersom vi inte har dem ännu.

Också att människor — till skillnad från datorer — kontrollera bortom vad vi säger åt dem att titta efter när de går igenom bilder. En av de stora Utrymme Varp exempel är upptäckten av en “röd ring” gravitationslins. Alla exempel linser på Plats Varp webbplats är blå i färgen. Men eftersom vi har mänskliga klassificerare, de hade inga problem med att märka den här röda saken som ser ut lite som dessa blå saker som de har lärt sig att hålla ett öga på. Människor har en förmåga att intuitivt språng gillar det, och det är mycket viktigt.

VERMA: jag instämmer i att det är mycket svårt att programmet mångfald och anpassningsförmåga till en dator algoritm, medan vi får det gratis från medborgare forskare! [Skratt]

TKF: Aprajita och Anupreeta, vad är betydelsen av den röda ringen objekt Chris nämnde bara att det Utrymme som Varp community upptäckte 2014 och har smeknamnet 9io9?

VERMA: Detta objekt var en riktigt spännande att hitta, och det är ett klassiskt exempel på något som vi inte hade sett innan som medborgare forskarna fann snabbt. Vi tror att i bakgrunden galaxy finns både en aktiv svart hål, som producerar radio vågen-utsläpp samt områden där nya stjärnor bildas. De är båda sträckte av lensing till dessa spektakulära bågar. Det är bara ett riktigt bra exempel på vad lensing kan göra. Vi är fortfarande sätta i ytterligare observationer för att försöka förstå vad detta objekt är.

MER: I det här fallet med 9io9, det är den vanliga, stora lensing galaxy, men sedan finns det också en annan, mindre, satellit galax, vars massa och gravitation är också att bidra till lensing. Satellit galaxy ger synliga effekter på lensed bilder och vi kan använda detta för att studera dess massproduktion. Det finns inga andra metoder förutom gravitationslinsning som kan ge en så korrekt massa uppskattning för galaxer på så stora avstånd.

TKF: Förutom 9io9, medborgare astrofysiker har vänt upp andra bisarra, tidigare okända fenomen. Ett exempel är Hanny s Voorwerp, en galaxy-storlek moln av gas upptäckte 2007 en Galaxy Zoo. Mer nyligen, i och med 2015, Planet Hunters såg enorma minskningar i starlight kommer från en stjärna kallade KIC: 8462. Orsaken kunde vara en förmörka svärm av kometer; en annan, om än osannolikt, möjlighet att sätta av ohejdade spekulationen på Internet är att en utlänning, som megastructure blockerar ljuset från stjärnan. Varför medborgare vetenskap till synes fungerar så bra på att göra helt oväntade upptäckter?

LINTOTT: jag pratar ofta om den mänskliga förmågan att bli distraherad som en bra sak. Om vi gör en rutinmässig uppgift och något ovanligt kommer tillsammans, vi stannar till för att uppmärksamma det. Det är ganska svårt att utveckla automatiserade datasystem. De kan leta efter avvikelser, men i astronomi, de flesta avvikelser är tråkigt, såsom satelliter som passerar framför teleskopet, eller teleskopets kamera krånglar.

Men människor är riktigt bra på att upptäcka intressanta anomalier som Hanny s Voorwerp, som ser ut som antingen en amorf gröna fläcken eller en ond Kermit Grodan, beroende på hur du kisar på det. [Skratt] poängen är att det är något du vill uppmärksamma.

Den andra stora sak om citizen science är att de volontärer som att hitta dessa ovanliga saker att undersöka och bli förespråkare för dem. Medborgare forskare kommer att hoppa upp och ner och berätta för oss professionella forskare bör vi uppmärksamma något. Den stora Zooniverse upptäckter har alltid varit från att en kombination av någon som är distraherad och sedan ställer frågor om vad han eller hon har hittat.

TKF: Aprajita och Chris, du arbetar båda på den Stora Synoptiska Survey Telescope (LSST). Det kommer att föra den största någonsin genomsökning av himlen börjar 2022 och bör dyka upp massor av nya gravitationella linser. Har du föreställa ett Utrymme Trålvarpet-stil citizen science-projekt för LSST?

VERMA: Medborgarna kommer att spela en stor roll i LSST, som är ett spel-växlare för lensing. Vi vet av ca 500 linser för närvarande. LSST kommer att hitta på i storleksordningen tiotals till hundratals tusentals av linser. Vi kommer eventuellt att kräva skicklighet som medborgare har forskarna letar efter exotiska och utmanande objekt.

Också, LSST s dataset kommer att ha en tidsdimension. Vi verkligen kommer att göra en film av universum, och detta kommer att dyka upp ett antal överraskningar. Jag kan se medborgare forskare ha bidragit till att en hel del av de upptäckter LSST kommer att göra.

LINTOTT: En sak som är utmanande om LSST är storlek av dataset. Om du var en citizen scientist, säga, som hade anmält sig för att ta emot sms-varningar när objekt ändras i himlen som LSST gör sin film i universum, då skulle det sluta med ett par miljarder sms-meddelanden en natt. Det är självklart att det inte skulle fungera. Så det betyder att vi behöver för att filtrera data. Vi kommer dynamiskt att besluta om att tilldela en uppgift till en dator eller till en medborgare, forskare eller till och med en professionell vetenskapsman.

TKF: Chris, som kommentar påminner mig om något du sagt till TIME magazine 2008: “I många delar av vetenskapen, vi är inte begränsade av vilka data vi kan få, vi är begränsade av vad vi kan göra med den data vi har. Medborgare vetenskap är ett mycket kraftfullt sätt att lösa detta problem.” I denna tid av stora data, hur viktigt tycker du ser alla medborgare vetenskap som rör sig framåt, med tanke på att datorer kommer säkert att bli bättre på visuell igenkänning uppgifter?

LINTOTT: I astronomi, om du tittar på saker som är rutin, som en spiralgalax eller en vanlig typ av supernova, jag tror att de maskiner som kommer att ta över. De kommer att göra så att ha utbildats på stora datamängder som medborgare forskare kommer att ge. Men jag tror att det kommer att vara att medborgarna engagerar sig för en lång stund och det kommer att bli mer intressant som vi använder maskiner för att göra mer av det rutinmässiga arbetet och filtrera data. De uppgifter för medborgare forskare kommer att innebära mer varierande saker — mer av det ovanliga, Hanny s Voorwerp-typ av upptäckter. Plus en hel del ovanliga upptäckter kommer att behöva följas upp, och jag skulle vilja se medborgare forskare komma vidare i processen för analys. Utan dem, jag tror att vi kommer att sluta med en hög av intressanta föremål som professionella forskare bara inte har tid att ta itu med.

VERMA: Vi har redan sett ett stort engagemang från medborgare, forskare, särskilt de som har tillbringat en lång tid på Galaxy Zoo och Space Varp. Till exempel, Teleporterar sig på Plats, vi har en grupp människor som är intresserade av att göra gravitationslins modellering, som länge varit den domän av professionell astronom. Så vi vet att det finns en aptit det att göra ytterligare en analys med objekt som de har hittat. Jag tror att i framtiden, medborgare vetenskap gemenskapen kommer att arbeta hand i hand med professionella astronomer.

TKF: Finns det nya medborgare astrofysiker möjligheter på den horisont som är relaterade till dina projekt?

LINTOTT: Galaxy Zoo har ett nytt liv, faktiskt. Vi har precis lagt i nya galaxer från ett teleskop i Chile. Dessa galaxer är relativt nära och deras bilder är vackra. Det är vår första ordentlig titt på den södra stjärnhimlen, så vi har en helt ny del av universum att utforska. Det ger användarna en chans att vara först med att se galaxer som — om de får över till Galaxy Zoo snabbt!

VERMA: Utrymme För Skevheter, vi förväntar oss att nya data och nya projekt på nätet nästa år.

MER: Här i Japan, vi leder en tänkbar undersökning som kallas Hyper Suprime-Cam (HSC) undersökning och det kommer att vara mycket större och djupare än vad vi har tittat på hittills. Vi förväntar oss att hitta mer än en storleksordning öka i antal linser. För närvarande håller vi på att förbereda bilder av kandidaterna från HSC-undersökningen och hoppas på att starta en ny lins sök med Utrymme Sig snart.

Utan tvekan den mest kända medborgare astrofysiker discovery, Hanny s Voorwerp—holländska Hanny Objekt—ses här av Hubble Space Telescope under 2011. Den Voorwerp är ett moln av gas storleken på galaxy och visas gröna på grund av glödande syre. En holländsk lärare, Hanny van Arkel, fick syn på objektet medan volontärarbete för Galaxy Zoo.
NASA / ESA: s / W. Keel / Galaxy Zoo Team

TKF: Är det den upptäckarglädje som lockar de flesta medborgare vetenskapsman volontärer? Några av bilderna i Galaxy Zoo har aldrig setts innan eftersom de har tagits av en robotteleskop och lagras bort. Volontärer har därför chansen att se något som ingen annan någonsin har.

MER: Att upptäckten aspekt är personligt. Jag tror att det alltid är spännande för alla.

LINTOTT: När vi satte upp Galaxy Zoo, vi trodde att det skulle vara en stor motivation för att se något som är ditt och vara den första människan att lägga ögonen på en galax. Utforska rymden på det sättet är något som tills Galaxy Zoo hände bara på “Star Trek”. [Skratt]

I år, eftersom vi har också kommit att inse att medborgare vetenskap är en kollektiv strävan. De människor som har gått igenom 10.000 bilder utan att hitta något som har bidragit till upptäckten av något som den röda ringen galaxy lika mycket som den person som råkar snubbla över den. Du måste bli av med den tomma data. Jag har varit förvånad över hur mycket våra volontärer som tror att. Det är långt ifrån den traditionella, allmänhetens syn på vetenskaplig upptäckt som geniet gör upptäckten och får allt beröm.

VERMA: Vi ut med Utrymme Varp för medborgare, forskare vara en del av vårt samarbete och de har verkligen gjort det möjligt för oss att producera viktiga slutsatser. De har inspirerat oss med sitt engagemang och produktivitet. Vi har lärt oss från vår analys att i princip vem som helst som går Rymden Varp har en inverkan på resultaten. Vi är också speciellt tacksam för en mycket engagerad, noggrann grupp som har gjort de flesta av linsen klassificeringar. Vi ser fram emot att välkomna alla tillbaka i våra framtida projekt!