Evinden keşif yap: Vatandaş bilimi

Kanca

Galaxy Zoo'nun ilk yıllarında, galaksi fotoğraflarını sınıflayan gönüllülerden biri, bir sarmal galaksinin yanında tuhaf, yeşilimsi bir bulut fark etti. Ne bir galaksiye ne de bir yıldıza benziyordu. Gönüllünün adı Hanny'di; bulut, Felemenkçede "nesne" anlamına gelen sözcükle, Hanny'nin Nesnesi, Hanny's Voorwerp (okunuşu "heni'z forverp") diye anıldı.

Profesyonel gökbilimciler cismi ayrıca gözledi. 2009'daki makalelerine göre bulut, oksijenin yaydığı güçlü bir ışıkla parlayan, yüksek derecede iyonlaşmış bir gazdı. En olası açıklama, yakındaki galaksinin merkezinde bir zamanlar parlayan ama sonra sönen bir kuasarın ışığının, gazda bıraktığı bir yankıydı. Gönüllüler, profesyonellerin kaçırdığı gökcisimlerini buldu. Sen de evinden bunlardan birine ortak olabilirsin.

Merkezi soru

Vatandaş bilimi nedir, gönüllüler gerçek gökbilim araştırmalarına nasıl katkı yapar, hangi projeler insan gözüne hâlâ ihtiyaç duyar ve sen bir projeye nasıl katılabilirsin?

Anlatım

İnsan gözü neden hâlâ gerekli?

Ders 19.8'de makine öğrenmesinin milyonlarca görüntüyü nasıl sınıflandırdığını gördük. O zaman insan gözüne neden hâlâ ihtiyaç var? Cevabın bir kısmı Hanny's Voorwerp'te saklı: modeller, eğitildikleri türden şeyleri iyi tanır. Daha önce kimsenin görmediği, hiçbir kategoriye uymayan bir cismi fark etmek için tuhaf olanı tuhaf bulabilen bir göz gerekir.

Bir başka neden de modellerin eğitimi için etiket gerekmesidir. Gönüllülerin binlerce örneği etiketlemesi, makine öğrenmesinin malzemesidir. İnsanlar ve modeller birbirinin yerine geçmiyor; birbirini tamamlıyor.

Zooniverse

Bu çalışmaların çoğu Zooniverse adlı platformda yürür. Platformun kendi tanımına göre Zooniverse, insan gücüne dayalı araştırmanın en büyük ve en çok kullanılan platformudur; araştırmaları, profesyonel araştırmacılara yardım etmek için bir araya gelen milyonlarca gönüllü mümkün kılar. Gökbilim projeleri galaksi sınıflamaktan gezegen aramaya, güneş patlamalarını incelemekten göktaşı izlerini kaydetmeye kadar uzanır.

Bir projeye katılmak için uzman olmak gerekmez. Her proje, kısa bir öğretici ve örneklerle başlar: bir görüntüde neye bakacağını, hangi düğmeye basacağını gösterir. Her görüntüye birçok gönüllü bakar; ekipler kararları birleştirerek tek bir kişinin hatasını ortalamada yok eder.

Gezegen avcıları

Ders 19.6'da bir ışık eğrisinde gezegen geçişini kutu yöntemiyle aradık. Planet Hunters TESS projesinde aynı işi gönüllüler gözleriyle yapıyor. Projenin ilk iki yılını anlatan makaleye göre, 22.000'i aşkın gönüllü, TESS'in ilk 26 gözlem döneminin ışık eğrilerini inceledi. Ekip, kararları bir kümeleme yöntemiyle birleştirip her dönem için sıralı bir liste çıkardı ve en üstteki 500 olayı kendisi gözden geçirdi.

Sonuç çarpıcıydı. Gönüllüler, TESS'in resmî aday listesindeki Dünya'nın dört katından büyük gezegenlerin yüzde 85'ini yeniden buldu. Daha da önemlisi, başka ekiplerin bulmadığı 90 umut verici aday ortaya çıkardılar. Bunların 73'ünün ışık eğrisinde yalnızca tek bir geçiş vardı. Kutu yöntemi gibi algoritmalar tekrar eden çukurları arar; tek bir çukuru gözden kaçırabilir. İnsan gözü ise tek bir çukuru da görür.

Arka bahçedeki dünyalar

Backyard Worlds: Planet 9 projesi, gönüllülere WISE kızılötesi uydusunun farklı zamanlarda çektiği görüntülerden yapılmış kısa animasyonlar gösterir. Aranan şey, yerinden kayan sönük noktalardır: Güneş'e yakın, kendi ışığı çok zayıf cisimler. Ders 19.5'te Wolf 359'un yirmi yılda beş piksel kaydığını görmüştük; bu proje aynı hareketi, gözle, milyonlarca görüntüde arıyor.

Projenin ilk keşfi, 2017'de yayımlanan makalesine göre, yaklaşık 34 parsek uzakta, yılda yaklaşık 0,7 yay saniyesi hareket eden bir kahverengi cüceydi. Makaleye göre gönüllüler, aletin tek pozla görebildiği sınırdan 0,9 kadir daha sönük hareketli cisimleri fark edebiliyordu. 2020'deki bir izleme çalışması, projenin bulduğu adaylardan 75'inin hareketini Spitzer uzay teleskobuyla doğruladı; aralarında bilinen en soğuk kahverengi cüce türüne ait olduğu düşünülenler de vardı.

Çözümlü problem: Kahverengi cüce ne hızla gidiyor?

Gökyüzündeki açısal hareket ile uzaklık birleşince, cismin uzayda bize göre yan doğrultudaki hızı bulunur: v = 4,74 × μ × d. Burada μ yılda yay saniyesi olarak öz hareket, d parsek olarak uzaklık, sonuç saniyede kilometredir. Sesli okunuşu: yan hız, dört virgül yetmiş dört çarpı öz hareket çarpı uzaklık.

Backyard Worlds'ün ilk kahverengi cücesi için: 4,74 × 0,7 × 34 ≈ 113 kilometre bölü saniye. Aynı hesabı Wolf 359 için yapalım: yılda 4,715 yay saniyesi, uzaklık 1000 / 415,18 ≈ 2,41 parsek; 4,74 × 4,715 × 2,41 ≈ 54 kilometre bölü saniye. Gökyüzünde çok daha hızlı kayan Wolf 359, aslında daha yavaş gidiyor; yalnızca çok daha yakında. Açısal hareket tek başına hızı söylemez; uzaklıkla birleşmesi gerekir.

Gökyüzünün kendisini ölçmek

Vatandaş biliminin bir kolu bilgisayar ekranı bile gerektirmez. Globe at Night kampanyası, gönüllülerden gece gökyüzüne bakıp belirli bir takımyıldızda en sönük hangi yıldızları görebildiklerini, hazır haritalarla karşılaştırarak bildirmelerini ister. Kampanyanın sayfasına göre bugüne kadar 180 ülkeden 200.000'i aşkın ölçüm gönderildi.

Bu ölçümler bir makalenin verisi de oldu: Kyba, Altıntaş, Walker ve Newhouse, 2011 ile 2022 arasındaki 51.351 gönüllü gözleminden gökyüzünün her yıl belirgin biçimde parladığını gösterdi. Işık kirliliğini anlattığımız derste bu çalışmanın ayrıntılarını görmüştük. Burada önemli olan, verinin kaynağı: dünyanın dört bir köşesinde, yalnızca gözleriyle bakan on binlerce insan.

Çözümlü problem: Kalabalığın bilgeliği

Zooniverse'ün sloganı "kalabalığın bilgeliği"dir. Bunun ne demek olduğunu bir hesapla görelim. Bir gönüllünün bir görüntüyü doğru sınıflama olasılığı yüzde 80 olsun ve gönüllüler birbirinden bağımsız karar versin. Aynı görüntüye beş gönüllü baksın; çoğunluğun, yani en az üçünün, doğru karar verme olasılığı nedir?

Tam üçünün doğru olma olasılığı C(5,3) × 0,8³ × 0,2² = 10 × 0,512 × 0,04 ≈ 0,205. Tam dördünün: 5 × 0,4096 × 0,2 ≈ 0,410. Beşinin birden: 0,8⁵ ≈ 0,328. Toplam yaklaşık 0,942. Sesli okunuşu: beşte üç, beşte dört ve beşte beş doğru olasılıklarının toplamı, yaklaşık yüzde doksan dört. Tek başına yüzde 80 doğru olan gönüllülerden beşinin çoğunluk kararı, yüzde 94 doğru olur. Dokuz gönüllüye çıkınca aynı hesap yaklaşık yüzde 98 verir. Hatalar birbirinden bağımsız olduğu sürece, kalabalık tek tek kişilerden daha iyi karar verir.

Aslında…

Büyük resim

Vatandaş bilimi, gökbilimin en eski geleneklerinden birini sürdürüyor: meraklı gözlerin gökyüzüne bakıp bir şey fark etmesi. Fark, artık o gözlerin milyonlarca olması ve verinin uzay teleskoplarından gelmesi. Gönüllüler, algoritmaların kaçırdığı tek geçişleri, hiçbir kategoriye uymayan cisimleri ve yavaşça kayan sönük noktaları buluyor.

Bu modülde öğrendiklerin, vatandaş biliminde seni bir adım öne taşır. Bir ışık eğrisini, bir öz hareketi, bir hata payını anlayan biri, yalnızca tıklamaz; gördüğünü yorumlar, proje forumlarında tartışır ve belki bir gün bir makalenin teşekkür bölümünde, ya da yazar listesinde, adını görür.

Özet

1. Vatandaş biliminde gönüllüler gerçek verileri inceleyerek araştırmalara katkı yapar; Zooniverse, platformun kendi tanımıyla insan gücüne dayalı araştırmanın en büyük platformudur. Hanny's Voorwerp, bir Galaxy Zoo gönüllüsünün fark ettiği, bir kuasar yankısı olduğu düşünülen bir gaz bulutudur.
2. Planet Hunters TESS'te 22.000'i aşkın gönüllü, TESS'in büyük aday gezegenlerinin yüzde 85'ini yeniden buldu ve 73'ü tek geçişli olmak üzere 90 yeni aday çıkardı. Backyard Worlds gönüllüleri kayan kahverengi cüceler buldu; v = 4,74 × μ × d ile ilk keşfin yan hızı yaklaşık 113 km/s çıkar.
3. Globe at Night'a 180 ülkeden 200.000'i aşkın gözle yapılmış ölçüm gönderildi ve bunlar gökyüzü parlaklığı üzerine bilimsel bir çalışmanın verisi oldu. Bağımsız karar veren gönüllülerin çoğunluk kararı tek bir kişiden daha doğrudur: yüzde 80 doğru olan beş gönüllünün çoğunluğu yaklaşık yüzde 94 doğru karar verir.

Görev

Quiz

1. Hanny's Voorwerp nedir ve nasıl bulundu?
2. Planet Hunters TESS gönüllüleri, algoritmaların kaçırabileceği hangi tür sinyallerde özellikle değerliydi?
3. Backyard Worlds projesinde gönüllüler neyi arar?
4. Yılda 0,7 yay saniyesi hareket eden ve 34 parsek uzaktaki bir cismin yan hızı yaklaşık kaçtır?
5. Tek başına yüzde 80 doğru karar veren beş bağımsız gönüllünün çoğunluk kararı yaklaşık ne kadar doğrudur?

Cevaplar

1. Bir sarmal galaksinin yanında, oksijen ışığıyla parlayan, yüksek derecede iyonlaşmış bir gaz bulutu; bir Galaxy Zoo gönüllüsü sınıflama yaparken fark etti ve bir kuasar ışığının yankısı olduğu düşünülüyor.
2. Işık eğrisinde yalnızca bir kez görülen tek geçişlerde; 90 yeni adaydan 73'ü tek geçişliydi.
3. Farklı zamanlarda çekilmiş kızılötesi görüntülerde yerinden kayan sönük noktaları, yani Güneş'e yakın kahverengi cüceler gibi cisimleri.
4. 4,74 çarpı 0,7 çarpı 34, yaklaşık 113 kilometre bölü saniye.
5. Yaklaşık yüzde 94; en az üçünün doğru olma olasılıklarının toplamı.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Bir gönüllünün fark ettiği bir cisim ya da bir öğrencinin ölçtüğü bir değer, bilimin bir parçası olduğunda bir makaleye dönüşür. Ama makale yazmak, okumaktan farklı bir iştir: bir sonucu açık, sınanabilir ve başkalarının üstüne kurabileceği biçimde anlatmak gerekir. Bir gökbilim makalesi nasıl yazılır, nereye gönderilir, ve yayımlanana kadar hangi aşamalardan geçer?