Астрофизика и астрономия

Космические путешествия невозможны без понимания, что такое космическое пространство и что за объекты его заполняют. На нашей Школе вы познакомитесь с основами двух наук: астрофизики, которая занимается физическими процессами в космических объектах, и астрономии, которая изучает расположение, движение, развитие и происхождение небесных тел.

Астрофизика поможет участникам Школы разобраться с тем, как формируются и эволюционируют планетные системы, какими способами изучаются экзопланеты, как анализировать спектральные данные, чтобы узнать состав поверхности и атмосферы небесных тел, как использовать кривые блеска для определения параметров вращения и альбедо новых миров.

Знакомство с астрономией даст участникам понятие о том, как движутся небесные тела, что такое элементы орбит, как с помощью методов наблюдательной астрономии определяют орбиты небесных тел и как оценить астероидную опасность для новооткрытых планет.

На нашей Школе мы будем работать, используя подход виртуальной обсерватории. Это означает, что данные, с которыми работают участники Школы, будут поступать из внешних цифровых источников (в отличие от того, как работает обычная обсерватория, где данные собираются на ее арсенале научных инструментов). Так, источником астрономических данных будет компьютерная программа-симулятор космического полета (она будет поставлять изображения для определения орбит небесных тел, кривые вращения и изображения экзопланет), а источником астрофизических данных (спектральных и фотометрических) будут генераторы синтетических данных, используемых для машинного обучения или проверки теоретических моделей (например, генераторы спектральных данных от университета Вашингтона и генератор планетных спектров NASA).

Участники анализируют спектры экзопланет, используя виртуальные приборы, установленные на их виртуальном космическом корабле. Показания приборов зависят от того, на какую планету в виртуальной Вселенной они направлены, с какого расстояния выполняются наблюдения и т.п.

Фотометрия

Методика работы с фотометрическими данными в программе астрофизических экспериментов на Летней Космической Школе разработана в сотрудничестве с КрАО РАН:

• Для сбора фотометрических данных используется виртуальный космический аппарат, оснащенный телескопом, способным сохранять изображения в цифровом виде в формате PNG.
• Участники задают космическому аппарату цель наблюдения, количество снимков в серии и интервал между снимками. Телескоп в автоматическом режиме (под управлением программы на языке KerbalScript) делает серию снимков с заданными параметрами.
• Специализированное программное обеспечение AstroImageJ используется для получения кривой блеска объекта по серии снимков методом многоаппретруной фотометрии. Полученные кривые блеска позволяют установить период вращения объекта вокруг своей оси.

Спектрометрия

Методика анализа спектров атмосфер планет в программе астрофизических экспериментов на Летней Космической Школе разработана совместно с ИКИ РАН:

• Для астрофизической программы каждой Летней Космической Школы разрабатывается виртуальная планетная система, состоящая из нескольких небесных тел с характеристиками реальных экзопланет (например, TRAPPIST-1, TAU CETI, SO25300.5+165258 на ЛКШ•2020). Для некоторых из них разрабатываются модели атмосфер, соответствующие современным научным представлениям о физике экзопланет (супервенера, теплый марс, архейская земля, холодная суперземля и планета-океан).
• Участники учатся определять по спектральным данным примерный состав, плотность и физические условия в атмосфере наблюдаемой планеты, что позволяет получить информацию об условиях на поверхности, климате и индексе землеподобности экзопланет в виртуальной планетной системе.
• Модели атмосфер загружаются в генератор синтетических спектральных данных NASA Planetary Spectrum Generator, с которым взаимодействует специально разработанный для симуляции на Летней Космической Школе плагин для KSP. Этот плагин передает в PSG данные о дистанции от экспедиционного корабля до планеты и параметрах экспозиции из KSP.