「天聞的資料科學」如何用Lightkurve取得系外行星的觀測資料？

「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。

「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。