「天聞的資料科學」如何用Lightkurve取得系外行星的觀測資料?

天文背包黑客
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「天聞的資料科學」專欄以臺北天文館、臺南南瀛天文館等網站的天文新聞為題材,介紹相關的開放資料及開源軟體,並引導讀者使用Python程式來取得、前處理、分析及視覺化這些資料。透過上述資料科學步驟,讓群眾能夠藉由動手體驗天文知識的發現過程,拉近與星空的距離。此外,本專欄也是「天文的資料科學」教育產品開發計畫的一部分,如果你想要體驗更多從資料產出天文新知識的旅程,歡迎填寫這份調查表單,讓我能根據你的需求及建議,制定適合你的教學內容及呈現方式。

此圖是我藉由Midjourney AI創作。

「天文數智」公司的PM貳婰舞在黑蛋的看板上分派了一項調查任務。該任務源自一位對「宇宙里程碑:NASA已確認5,000顆系外行星」這篇天聞新知感到好奇的島民,他希望能多了解如何從觀測資料尋找系外行星,特別是文章中提到的凌日法,因此委託「天文數智」公司進行調查。

黑蛋詢問一同協助調查的AI夥伴:「i蟒,什麼是系外行星?什麼是凌日法?」

系外行星是一種位於我們的太陽系之外,繞著其他恆星運行的行星。而凌日法是一種用來發現系外行星的方法。當一顆行星從它所屬恆星前面經過時,它會稍微遮擋住一部分的恆星光,導致我們觀察到的恆星亮度有一個小幅度的下降,稱之為凌日現象。通過測量這種亮度變化,我們可以推測出行星的存在,並且可以估計出行星的大小和它的軌道週期。這種方法已經成功地用來發現了許多系外行星。」i蟒答到。

「請調查是否有Python套件可以取得系外行星的觀測資料,並且能用凌日法找到系外行星。」

「我找到一個名叫Lightkurve的套件,它能搜尋並下載Kepler太空望遠鏡(Kepler、K2)和凌日系外行星巡天衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS)的影像及光變曲線觀測資料,且能分析光變週期,以凌日法尋找系外行星。」

「咦?什麼是光變曲線?」

光變曲線是天文學上用來表示星體的亮度如何變化的時間序列資料,若以圖呈現,橫軸表示時間,而縱軸表示星體亮度。光變曲線可以用來研究許多不同的天文現象,例如通過分析行星凌日的光變曲線,可以得知行星的軌道週期。」

「那要如何用Lightkurve下載並分析光變曲線觀測資料?」

「你可以按照以下的步驟進行初步的分析。首先,以指令pip install lightkurve安裝Lightkurve套件。接著,使用Lightkurve的search_lightcurve()函式來搜索目標恆星的光變曲線觀測資料。取得光變曲線資料後,可用flatten()去除光變曲線的長期趨勢並用remove_outliers()去除異常值,這會讓行星的軌道週期訊號更容易被辨識。然後,再用to_periodogram(),將過濾雜訊後的光變曲線轉換成Periodogram power spectrum,以計算行星軌道週期。最後,用fold()將光變曲線根據軌道週期摺疊,這會讓觀測期間所有的凌日事件疊合在一起,更容易在圖上看出凌日現象。」

「了解,我們來產出調查報告吧。i蟒,請你在Colab上新增一個名為exoplanet.ipynb的notebook,並提供包含上述步驟的程式範例。」黑蛋指示道。

「好的。嘶~~~調查報告已完成,請點擊這個連結查看。我是以Kepler-10這個恆星系統為例,它是由NASA的Kepler太空望遠鏡發現的。該系統其中一顆行星,Kepler-10b,是第一顆被確認的岩石行星。這個範例中用Lightkurve分析出該行星的軌道週期約為0.83天,並且能從圖中看出凌日現象。」i蟒說。

黑蛋確認後說:「讚耶!我想休息一下看部動畫,請你推薦。」

「好的,我將播放也是種零日現象的《名偵探柯南 零的日常》。」

「。。。。。。」

此篇文是由蘇羿豪經ChatGPT協助創作,文章以「創用CC姓名標示-非商業性-禁止改作 4.0(CC BY-NC-ND 4.0)國際版授權條款」釋出,相關程式碼以MIT授權條款釋出。如果你喜歡這篇創作,歡迎收藏它的Writing NFT

CC BY-NC-ND 4.0

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