Почему самая яркая точка на кадре не стала кандидатом в Девятую планету
На одном из кадров TESS оказался пиксель, который заметно выделялся среди соседних. Если показать только этот фрагмент, получится почти идеальная завязка для сенсационного поста: вот яркая точка, вот поиски неизвестной планеты — осталось соединить одно с другим.
Но соединять нельзя.
Этот набор данных использовался для проверки предварительной обработки изображений. Поиск кандидатов на нём не запускался. Поэтому яркая точка здесь — повод проверить данные, а не повод придумывать небесное тело.
Реальные фрагменты наблюдений TESS сектора 86. Это диагностический пример обработки данных, а не кандидат в Девятую планету.
Что именно было на экране
В диагностическую выборку вошли 18 небольших фрагментов изображений: по девять кадров для двух участков неба. Всего программа прочитала 73 728 значений яркости. Эта небольшая выборка нужна для конкретной проверки: одинаково ли обрабатываются кадры и не превращает ли сама подготовка данных случайные всплески в привлекательные «объекты».
Слева на иллюстрации показан источник, который остаётся заметным на серии кадров. В центре — один конкретный кадр. Справа отмечены пиксели, чьё поведение слишком сильно отличается от их обычного уровня.
Самое важное здесь — порядок рассуждений. Программа не спрашивает: «Это Девятая планета?» Сначала она задаёт гораздо более скучный вопрос: «Этому измерению вообще можно доверять?»
Именно на скучных вопросах чаще всего заканчиваются красивые находки.
Почему одной яркой точки недостаточно
Похожий сигнал может появиться по причинам, которые никак не связаны с далёким объектом.
Дефектный пиксель способен регулярно давать неправильное значение в одном месте матрицы. Попавшая в детектор частица оставляет след только на одном кадре. Шум иногда складывается так, что несколько соседних пикселей выглядят как слабая звезда. Есть и более неприятные случаи: фон меняется, изображение немного смещается, а остаток от яркого источника после обработки начинает напоминать движение.
Схема, а не снимок реального кандидата: несколько распространённых способов получить убедительную яркую точку без нового объекта.
Поэтому яркость сама по себе почти ничего не решает. Нужно понять, повторяется ли сигнал, совпадает ли его форма с обычными точечными источниками и появляется ли он там, где должен оказаться движущийся объект.
Далёкий объект обязан «явиться на пересдачу»
Если перед нами реальное тело Солнечной системы, его положение на небе со временем меняется. Для заданной возможной орбиты можно рассчитать, где объект должен быть на каждом наблюдении. Затем изображения совмещаются не по неподвижным звёздам, а вдоль этого предполагаемого движения.
На одном кадре слабый объект может быть почти незаметен. При правильном совмещении его сигнал должен складываться, а звёзды и случайные выбросы — вести себя иначе.
Схема проверки по нескольким наблюдениям: положения должны согласоваться с одной траекторией.
Но совпадение с одной рассчитанной позицией ещё не спасает находку. Возможных траекторий много, а на большом изображении всегда найдётся что-нибудь яркое. Нужна повторяемость на независимых наблюдениях. Причём не приблизительная в духе «где-то рядом снова есть точка», а согласованная по положению, яркости и форме изображения.
Что произошло с выбросом из сектора 86
В этой диагностике самое сильное отклонение появилось на одном кадре. Автоматическая проверка отметила его вместе с ещё несколькими пикселями для разбора. На этом история намеренно остановилась.
Программа не вычисляла для этих точек оценки кандидатов. Модуль поиска не запускался. Никаких выводов о наличии или отсутствии Девятой планеты по этой выборке делать нельзя.
Звучит как отсутствие результата, но для системы поиска это вполне конкретный результат: подозрительное измерение не прошло дальше только потому, что выглядело ярким.
Схема последовательной проверки. На каждом шаге должна сохраняться причина, по которой сигнал прошёл дальше или был остановлен.
Это важно ещё и для воспроизводимости. Если через месяц изменить способ вычитания фона или совмещения кадров, можно сравнить две версии и увидеть, почему список отмеченных пикселей изменился. Без такого журнала легко получить новый «интересный объект» просто из-за новой настройки программы.
Как проверить, что осторожность не ослепляет поиск
Есть обратная опасность. Если слишком агрессивно отбрасывать всё необычное, вместе с шумом можно отклонить слабый настоящий объект.
Поэтому в изображения добавляют искусственные точечные источники с заранее известной яркостью и движением. После этого обработку запускают вслепую и считают, какую долю добавленных объектов удалось вернуть. Так можно увидеть границу чувствительности и участки, где фон или свойства камеры мешают поиску.
Схематическая иллюстрация теста с искусственными источниками. Она показывает принцип проверки, а не результат для сектора 86.
Такой тест не доказывает, что программа найдёт любую возможную Девятую планету. Он отвечает на более узкий и проверяемый вопрос: какие сигналы данная версия обработки на данном наборе изображений действительно способна заметить.
Почему «не стал кандидатом» — полезная новость
Поиск редкого объекта почти неизбежно производит огромное количество правдоподобного мусора. Если рассказывать только о красивых точках, получится коллекция ложных тревог. Гораздо важнее показать причины отказа:
- сигнал встретился только один раз;
- его форма не похожа на изображение точечного источника;
- он привязан к одному месту на детекторе;
- повторные наблюдения не подтверждают рассчитанное движение.
Для сегодняшнего примера вывод короткий: предварительная обработка выделила необычные пиксели, но не получила права превратить их в кандидатов. Сам поиск Девятой планеты на этих 18 фрагментах не проводился.
Следующим я могу подробно разобрать одну из двух проверок: как рассчитывается движение между датами или как программа сравнивает форму слабой точки со звёздами на том же кадре. Что выбрать?
Описание проекта и текущий статус собраны на planet-9.space. Девятая планета пока не обнаружена.
