Quelle: ESA 11. Mai 2022.

Rosetta umkreiste zwischen 2014 und 2016 über zwei Jahre lang den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Die Raumsonde untersuchte den Kometen aus nächster Nähe und sammelte dabei einzigartige Daten, um einige der faszinierendsten Geheimnisse über die Entstehung und Entwicklung unseres Sonnensystems zu lüften. Auf halbem Weg der Forschungsreise von Rosetta näherte sich der Komet der Sonne – ein Moment, der als „Perihel“ bekannt ist. Der Komet 67P hat sich nach diesem geringsten Abstand von unserem Stern von etwa 186 Millionen km wieder entfernt. Dies hatte zur Folge, dass seine Oberfläche im Laufe der Rosetta-Mission auf unterschiedliche Weise beleuchtet wurde.

Rosetta konnte auf dem Kometen 67P viele Oberflächenveränderungen beobachten: vom beeindruckenden Einsturz von Klippen und der Bildung von Gruben bis hin zu sich entwickelnden Staubmustern und rollenden Felsbrocken. Die Wissenschaftler*innen wollen diese Veränderungen nutzen, um den detaillierten Mechanismus zu untersuchen, durch den ein Komet seine äußeren Schichten abwirft, wenn das Sonnenlicht das Eis und den Staub um den Kern herum erhitzt.

Aufgrund der enormen Anzahl von Oberflächenveränderungen ist es jedoch eine äußerst komplexe Aufgabe, diese zu erfassen. Die Wissenschaftler*innen brauchen also Hilfe.

Gigantische Datenmengen brauchen eine gigantische Anzahl von Augen
„Das für Wissenschaftler*innen und die Öffentlichkeit frei zugängliche Rosetta-Archiv enthält eine gewaltige Menge an Daten, die von dieser außergewöhnlichen Mission gesammelt wurden und nur teilweise erforscht sind“, sagt Bruno Merín, Leiter des ESAC Science Data Centre der ESA in der Nähe von Madrid, Spanien.

„Astrofotograf*innen und Raumfahrtenthusiast*innen haben in den letzten Jahren spontan Veränderungen und Anzeichen von Aktivität in den Bildern von Rosetta entdeckt. Bis auf wenige Ausnahmen war es jedoch nicht möglich, diese Ereignisse mit Veränderungen an der Oberfläche in Verbindung zu setzen. Das liegt vor allem daran, dass es an menschlichen Augen fehlt, die den gesamten Datensatz durchsuchen können. Wir brauchen unbedingt mehr Augen!“

Die ESA hat sich deshalb mit Zooniverse zusammengetan, der weltweit größten und beliebtesten Plattform für Forschung, die von Bürgern betrieben wird. Das neue Projekt „Rosetta Zoo“ präsentiert einen besonderen Datensatz: von Rosettas OSIRIS-Kamera aufgenommene Bildpaare, die die Oberfläche des Kometen 67P vor und nach dem Perihel zeigen.

Freiwillige sind eingeladen, sich Bilder von ungefähr derselben Region nebeneinander anzuschauen und eine Vielzahl von Veränderungen zu erkennen, vom großflächigen Staubtransport bis hin zu Kometenbrocken, die sich bewegt haben oder sogar verschwunden sind. Hierzu muss man manchmal ein paar Mal heran- oder wegzoomen oder die Bilder drehen, um Veränderungen in verschiedenen Maßstäben festzustellen und den ikonischen Kometen hautnah zu erleben.

„Bei der Komplexität der Bilder ist das menschliche Auge viel besser in der Lage, kleine Veränderungen zwischen den Bildern zu erkennen als automatisierte Algorithmen“, erklärt Sandor Kruk, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in der Nähe von München, der das Projekt während seines Forschungsstipendiums bei der ESA vor ein paar Jahren geplant und begonnen hat.

„Die OSIRIS-Bilder sind bereits seit einiger Zeit in den Archiven öffentlich zugänglich, aber viele Bilder wurden noch nicht auf Veränderungen der Kometenoberfläche hin ausgewertet. Deshalb haben wir uns entschieden, dieses Bürgerforschungsprojekt ins Leben zu rufen und Freiwillige zu bitten, Rosetta-Bilder von 67P zu untersuchen. Wir hoffen, dass angesichts der Begeisterung, die Rosetta während der Mission ausgelöst hat, viele Menschen an diesem Projekt teilnehmen werden, um die Wissenschaftler*innen bei der Analyse der von Rosetta erzeugten Daten zu unterstützen.“

Mithilfe der Bürger*innen wird unser Verständnis des Sonnensystems besser
Dank der visuellen Untersuchung vieler Freiwilliger wird das Projekt Karten von Veränderungen und aktiven Bereichen auf der Oberfläche des Kometen mit Etiketten für jede Art von Veränderung erstellen. Die Wissenschaftler*innen können dann die Aktivität des Kometen mit den Veränderungen auf seiner Oberfläche abgleichen und neue Modelle ausarbeiten, um die Physik der Kometenaktivität mit den beobachteten Veränderungen wie verschobenen Felsbrocken oder eingestürzten Klippen zu verbinden.

Wer sich durch die Bilder von Rosetta durcharbeitet und „Finde den Unterschied“ spielt, kann dabei helfen, unser Verständnis von Kometen und dem Sonnensystem als Ganzes zu erweitern. Das Projekt bietet jedoch beiden Seiten Vorteile: Wir hoffen, dass wir durch die Öffnung dieser Daten für die Öffentlichkeit die Transparenz unserer Arbeit verbessern, das Engagement der Bevölkerung in der wissenschaftlichen Forschung erhöhen können und stärkere Verbindungen zwischen Wissenschaft und Gesellschaft schaffen.

Alle können Rosetta Zoo kostenlos online nutzen, ohne sich anzumelden, eine App oder ein Programm zu installieren oder über wissenschaftliche Vorkenntnisse zu verfügen. Finden Sie die Unterschiede zwischen so vielen oder so wenigen Bildpaaren, wie Sie gerade Zeit haben – egal, ob es fünf Minuten beim Warten auf den Bus sind oder regelmäßige Kometen-Erkundungs-Abende.

Wie sieht ein primitiver Komet aus? Das weiß niemand, aber dank der Hilfe von Freiwilligen können wir herausfinden, wie sich Kometen heute entwickeln, und die physikalischen Faktoren verstehen, die diese Veränderungen bewirken. Dann können wir den Film der Kometenentwicklung bis zum Ursprung des Sonnensystems zurückspulen“, fügt Planetenforscher Jean-Baptiste Vincent vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin hinzu.

Links:
Rosetta Zoo (Englisch/Italienisch): https://www.zooniverse.org/projects/ellenjj/rosetta-zoo
Zooniverse: https://www.zooniverse.org/

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• OSIRIS Foto

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Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik 6. Mai 2022.

6. Mai 2022 – Während die Astronomen etwa ein Drittel davon identifizieren und bekannten Objekten zuordnen konnten, handelt es sich bei mehr als 1.000 Spuren vermutlich um bisher unbekannte Asteroiden. Diese nicht identifizierten Asteroiden sind schwach und wahrscheinlich kleiner als die Asteroiden, die bei bodengestützten Durchmusterungen entdeckt wurden. Sie könnten den Astronomen wertvolle Hinweise auf die Bedingungen im frühen Sonnensystem geben, als die Planeten entstanden.

Im Juni 2019, dem Internationalen Asteroidentag, veröffentlichte eine internationale Gruppe von Astronomen den „Hubble Asteroid Hunter“, ein Bürgerbeteiligungsprojekt auf der Plattform Zooniverse. Ihr Ziel: die visuelle Identifizierung von Asteroiden in den Archivdaten des Hubble-Weltraumteleskops.

„Was für den einen Astronomen nur Müll ist, kann für einen anderen Astronomen ein Schatz sein“, scherzt Sandor Kruk, jetzt am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, der die Asteroiden-Studie leitete. Dabei werden Daten gesammelt, die bei den meisten Beobachtungen automatisch als Rauschen oder Störungen herausgefiltert werden. „Die Datenmenge in den Astronomiearchiven wächst exponentiell, und wir wollten uns diese erstaunlichen Daten zunutze machen.“ Die Astronomen identifizierten zwischen dem 30. April 2002 und dem 14. März 2021 mehr als 37.000 zusammengesetzte Bilder aufgenommen mit den ACS- und WFC3-Kameras an Bord des Hubble-Weltraumteleskops, die über den gesamten Himmel verteilt sind. Bei einer typischen Beobachtungszeit von einer halben Stunde sollten die Asteroidenspuren auf diesen Bildern als Streifen zu sehen sein.

„Aufgrund der Umlaufbahn und der Bewegung von Hubble selbst erscheinen die Streifen auf den Bildern gekrümmt, was es schwierig macht, Spuren von Asteroiden auf diesen Bildern zu klassifizieren – oder besser gesagt, es ist schwierig, einem Computer zu sagen, wie er sie automatisch erkennen soll“, erklärt Sandor Kruk. „Deshalb brauchten wir Freiwillige für eine erste Klassifizierung, mit denen wir dann einen Algorithmus für maschinelles Lernen trainierten.“ In Zahlen: Es gab 2 Millionen Klicks auf die „Hubble Asteroid Hunter“-Webseite, 11.482 Freiwillige fanden 1.488 positive Klassifizierungen in etwa 1 % der Bilder. Die Astronomen nutzten diese Klassifizierungen der Laienwissenschaftler*innen, um einen automatisierten Algorithmus für maschinelles Lernen in der Google Cloud zu trainieren und so in den verbleibenden Archivdaten nach weiteren Asteroidenspuren zu suchen. Dies führte zu 900 zusätzlichen Entdeckungen und einer Gesamtzahl von 2.487 möglichen Asteroidenspuren in den Hubble-Archivdaten.

Drei der Autoren, Sandor Kruk, Pablo García Martín von der Autonomen Universität Madrid und Marcel Popescu vom Astronomischen Institut der Rumänischen Akademie, prüften diese Spuren, wobei sie Spuren kosmischer Strahlung und andere Objekte ausschlossen. Der endgültige Datensatz enthielt 1.701 Spuren in 1.316 Hubble-Bildern. Von diesen konnten etwa ein Drittel als bekannte Asteroiden im „Minor Planet Center“, der größten Datenbank für Objekte des Sonnensystems, identifiziert werden, so dass 1.031 nicht identifizierte Spuren übrig blieben.

Für eine eindeutige Identifizierung als Asteroid (mit einer bekannten Umlaufbahn) sind weitere Beobachtungen erforderlich, aber die Stichprobe weist interessante Charakteristiken auf: Diese Objekte sind systematisch schwächer und daher wahrscheinlich kleiner als typische Asteroiden, die vom Boden aus entdeckt werden, haben aber eine ähnliche Geschwindigkeit und Verteilung am Himmel wie die bekannten Asteroiden im sogenannten Asteroidengürtel. In weiteren Arbeiten werden die Astronomen die Krümmung der Spuren, die durch die Bewegung von Hubble entstanden sind, nutzen, um die Entfernung zu den Asteroiden zu bestimmen und ihre Bahnen zu untersuchen.

„Asteroiden sind Überbleibsel aus der Entstehung unseres Sonnensystems; über sie können wir mehr über die Bedingungen bei der Geburt unserer Planeten erfahren“, erklärt Sandor Kruk. „Aber es gab auch andere Zufallsfunde in den Archivbildern, denen wir derzeit nachgehen. Der Einsatz einer solchen Kombination aus menschlicher und künstlicher Intelligenz zur Durchsuchung riesiger Datenmengen ist ein großer Fortschritt, und wir werden diese Techniken auch bei anderen bevorstehenden Durchmusterungen einsetzen, beispielsweise mit dem Euclid-Teleskop.“ Rene Laureijs, Projektwissenschaftler von Euclid und Mitautor der Studie, fügt hinzu: „Obwohl es für die Aufnahme von Galaxien konzipiert wurde, wird Euclid schätzungsweise 150.000 Objekte in unserem Sonnensystem beobachten.“

Originalveröffentlichung
Sandor Kruk et al.
Hubble Asteroid Hunter – I. Identifying asteroid trails in Hubble Space Telescope images
A&A published online 6 May 2022
DOI: https://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/202142998 bzw. https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/05/aa42998-21/aa42998-21.html
arXiv pdf: https://arxiv.org/pdf/2202.00246

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