華盛頓州貝爾維尤市的Tom Jacobs喜歡“尋寶”活動。自2010年以來，這位前美國海軍軍官參加了在線志願者項目，這些項目允許任何有興趣的人–“公民科學家”–通過美國宇航局（NASA）的望遠鏡數據尋找系外行星的跡象，即我們太陽系以外的行星。現在， Jacobs已經幫助發現了一顆巨大的氣態巨行星，其距離地球約379光年，圍繞着一顆與太陽質量相同的恆星運行。
這顆木星大小的行星對天文學家來說是特別的，因為與太陽系外許多已知的氣態巨行星相比，它的261天軌道周期很長。這一結果還表明，這顆行星離它的恆星僅僅比金星離太陽更遠一些。這一發現發表在《天文學雜誌》上，並在1月13日的美國天文學會虛擬新聞發布會上進行了介紹。
發現這顆行星並確定其大小和質量需要專業天文學家和像Jacobs這樣的公民科學家之間的大規模合作。為了追蹤這顆行星，他們參與了“一個全球性的聯合努力，因為我們都需要一起去關注這顆特殊的行星，”加州大學河濱分校的天文學家和該研究的主要作者Paul Dalba說。
Jacobs說：“發現和發表TOI-2180 b是一項偉大的集體努力，表明專業的天文學家和經驗豐富的公民科學家可以成功地一起工作。這是最好的協同作用。”
這一發現是如何發生的
這顆新發現的行星的特徵隱藏在NASA的凌日系外行星勘測衛星（或稱TESS）的數據中。利用TESS的數據，科學家們尋找附近恆星的亮度變化，這可能表明存在繞行行星。
Jacobs是一群公民科學家中的一員，他們查看TESS的數據圖，其顯示恆星的亮度隨時間的變化，以尋找新的行星。當專業的天文學家使用算法自動掃描恆星的數萬個數據點時，這些公民科學家則使用Alan R. Schmitt創建的一個名為LcTools的程序，用眼睛檢查望遠鏡數據。這就是由幾位公民科學家和兩位資深天文學家組成的Jacobs小組自稱為視覺調查小組的原因。他們中的許多人是在從事“行星獵人”項目時認識的，這是一個由NASA資助的公民科學項目，通過Zooniverse關注來自NASA開普勒航天器的數據。
2020年2月1日，Jacobs碰巧注意到一張圖，顯示來自TOI-2180的亮度在24小時內變暗了不到一半，然後又恢復到之前的亮度水平，這可能是由一顆軌道行星解釋的，據說它在從我們的視角經過恆星的前面時“凌日”。通過測量行星經過時變暗的光量，科學家們可以估計出該行星有多大，並結合其他測量結果，估計其密度。但是，只有當恆星和它的行星與尋找它們的望遠鏡對齊時，才可以看到“凌日”。
顯示行星亮度隨時間變化的圖表被稱為”光曲線”。視覺測量組提醒兩位專業科學家合作者–加州大學河濱分校的Paul Dalba和新墨西哥大學的副教授Diana Dragomir，這條光曲線有可能很有趣。
Dragomir說：“有了這個新發現，我們也在挑戰我們能從TESS觀測中提取的行星種類的極限。TESS並不是專門為尋找這種長軌道系外行星而設計的，但是我們的團隊在公民科學家的幫助下，還是挖掘出了這些稀有的寶石。”
專業天文學家使用的計算機算法被設計為通過識別來自單一恆星的多個過境事件來搜索行星。這就是當只有一次“凌日”時，公民科學家的視覺檢查是如此有用的原因。由於這是這個數據集中唯一的TOI-2180 b星變暗的例子，所以它被稱為”單一凌日事件”。
Dalba說：“他們投入的人工努力真的很重要，也很令人印象深刻，因為實際上很難編寫代碼，可以通過一百萬條光曲線，可靠地識別單一過境事件。這是人類仍然戰勝代碼的一個領域。”
但是，研究小組如何能夠排除對行星光線短暫下降的其他解釋？他們能確定他們已經發現了一顆行星嗎？他們將需要後續的觀測。
最終，這些望遠鏡都沒有探測到該行星。不過，在這個時間段內沒有明確的探測，還是給這個軌道可能有多長的時間設定了一個界限，表明這個軌道的周期大約是261天。利用這一估計，他們預測TESS將在2022年2月再次看到這顆行星經過它的恆星。
關於這顆行星
TOI-2180 b的質量幾乎是木星的三倍，但直徑相同，這意味着它的密度比木星高。這讓科學家們懷疑它是否以不同於木星的方式形成。
關於這顆行星形成的另一條線索可能是它內部的東西。通過計算機模型，他們確定這顆新行星可能有多達105個地球質量的比氫和氦更重的元素。”那是很多，”Dalba說。”這比我們懷疑的木星內部的東西還要多。”
天文學家仍然有很多關於外面的行星範圍的知識。大約4800顆系外行星已經被確認，但是在我們的銀河系中被認為有數十億顆行星。這項新發現表明，在巨型行星中，有些行星的重元素比其他行星多得多。
在我們的太陽系中，巨大的木星每12年圍繞太陽運行一次；對於土星，一個”年”是29年。我們在地球和太陽之間沒有像TOI-2180 b這樣的巨行星。但是在太陽系之外，天文學家已經發現了幾十顆系外行星，它們比木星還要大，而且軌道離恆星更近，甚至比水星的軌道還近。
TOI-2180 b的平均溫度約為170華氏度，比地球上的室溫還要高，比我們太陽系的外行星包括木星和土星還要高。但是與天文學家已經發現的圍繞其他恆星運行的凌日巨型系外行星陣列相比，TOI-2180 b異常寒冷。
Dalba說：“在我們發現的大多數巨型系外行星和真正寒冷的木星和土星之間，它是一個很好的墊腳石。”
下一步是什麼
當TESS在2月份再次觀測這顆恆星時，Dalba和公民科學家們急於獲得數據並再次深入研究。如果他們發現了這顆行星的特徵，確認了261天的軌道周期，這將使他們在2020年尋找這顆行星的全球活動的數據有更多的意義。
NASA的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡於12月25日發射，有可能觀測到這顆行星及其大氣層。Dalba對韋伯望遠鏡的能力感到興奮還有另一個原因。鑒於在我們自己的太陽系中，木星有星環和衛星，韋伯望遠鏡可以用來尋找環繞TOI-2180 b的小天體的存在。
到目前為止，在我們的太陽系之外還沒有確切地發現星環或衛星，但其中一個原因可能是，許多系外行星被發現時非常接近它們的恆星，而恆星的引力可能會將這些天體剝離。TOI-2180 b位於離其主星較遠的地方，可能為這種搜索提供了一個有趣的機會。Dalba說：“我認為這是一個有趣的系統，將來會有這樣的機會。”
當他不追求他的行星“狩獵”愛好時，公民科學家Jacobs與非營利組織合作，幫助殘疾人在他們的社區找到就業機會。
視覺調查組的成員 “出於純粹的快樂和對促進科學的興趣，每天都投入許多時間來調查數據，”Jacobs說。該小組共同撰寫了超過68篇經同行評審的科學論文，包括發現凌日的“系外彗星”經過恆星的表面。
“我們喜歡為科學做出貢獻，”Jacobs說。“而且我喜歡這種類型的勘測，因為我知道這是在新的未被發現的領域，以前任何人都沒有見過。”