Pod pewnymi względami dziedzina astronomii szybko się zmienia. Robimy zdjęcia, sprawdzamy, jak się zmieniły. Rozbijamy światło na jego różne kolory, szukając emisji i absorpcji. Fakt, że możemy to zrobić szybciej i na większe odległości zrewolucjonizował nasze rozumienie, ale nie podstawową metodologię.
Ale ostatnio pole zaczęło się zmieniać. Czasy samotnego astronoma w okularze już minęły. Dane są pobierane szybciej niż mogą być przetwarzane, przechowywane w łatwo dostępny sposób, a ogromne międzynarodowe zespoły astronomów współpracują ze sobą. Na niedawnym Międzynarodowym Spotkaniu Astronomów w Rio de Janeiro astronom Ray Norris z australijskiej organizacji Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) omówił te zmiany, jak daleko mogą się posunąć, czego możemy się nauczyć i co możemy stracić.
Obserwatoria
Jednym ze sposobów, w jaki astronomowie od dawna zmieniają pole, jest zbieranie większej ilości światła, co pozwala im zaglądać głębiej w kosmos. Wymagało to teleskopów o większej mocy gromadzenia światła, a następnie o większych średnicach. Te większe teleskopy oferują również korzyść z lepszej rozdzielczości, dzięki czemu korzyści są wyraźne. Dlatego teleskopy na etapie planowania mają nazwy wskazujące na ogromne rozmiary. „Over Whelmingly Large Telescope” (OWL), „Extremely Large Array” (ELA) oraz „Square Kilometer Array” (SKA) ESO to ogromne teleskopy kosztują miliardy dolarów i angażują zasoby wielu narodów.
Ale wraz ze wzrostem rozmiarów rośnie również koszt. Obserwatoria już teraz obciążają budżety, zwłaszcza w następstwie globalnej recesji. Norris stwierdza: „Budowa jeszcze większych teleskopów za dwadzieścia lat będzie kosztować znaczną część bogactwa narodu i jest mało prawdopodobne, aby jakikolwiek naród lub grupa narodów nadały astronomii wystarczająco wysoki priorytet, aby sfinansować taki instrument. A zatem astronomia może osiągać maksymalny rozmiar teleskopu, który można rozsądnie zbudować. ”
Zatem zamiast fiksacji na mocy i rozdzielczości zbierającej światło, Norris sugeruje, że astronomowie będą musieli zbadać nowe obszary potencjalnego odkrycia. Historycznie dokonano w ten sposób ważnych odkryć. Odkrycie rozbłysków gamma nastąpiło, gdy nasz reżim obserwacyjny został rozszerzony na zakres wysokich energii. Jednak zakres spektralny jest obecnie dość dobrze pokryty, ale inne domeny wciąż mają duży potencjał eksploracji. Na przykład, w miarę opracowywania CCD, czas naświetlania zdjęć został skrócony i odkryto nowe klasy gwiazd zmiennych. Jeszcze krótsze ekspozycje stworzyły pole asterosejsmologii. Dzięki postępom w technologii detektorów tę dolną granicę można przesunąć jeszcze bardziej. Z drugiej strony gromadzenie obrazów przez długi czas może pozwolić astronomom na badanie historii pojedynczych obiektów bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej.
Dostęp do danych
W ostatnich latach wiele z tych zmian zostało przyspieszonych przez duże programy ankiet, takie jak 2 Micron All Sky Survey (2MASS) i All Sky Automated Survey (ASAS) (żeby wymienić tylko dwa z wielu badań na dużą skalę). Dzięki tak dużym zasobom wstępnie zgromadzonych danych astronomowie mogą uzyskiwać dostęp do danych astronomicznych w nowy sposób. Zamiast proponować czas teleskopu, a następnie mieć nadzieję, że ich projekt zostanie zatwierdzony, astronomowie mają zwiększony i nieograniczony dostęp do danych. Norris proponuje, aby w przypadku kontynuacji tego trendu następna generacja astronomów mogła wykonać ogromne ilości pracy bez bezpośredniego odwiedzania obserwatorium lub planowania biegu obserwacyjnego. Zamiast tego dane zostaną pobrane ze źródeł takich jak Virtual Observatory.
Oczywiście nadal będą potrzebne głębsze i bardziej wyspecjalizowane dane. Pod tym względem obserwatoria fizyczne nadal będą miały zastosowanie. Już teraz wiele danych pochodzących z nawet ukierunkowanych obserwacji prowadzi do astronomicznej domeny publicznej. Podczas gdy zespoły projektujące projekty nadal otrzymują dane z pierwszego przejścia, wiele obserwatoriów udostępnia je do bezpłatnego użytku po wyznaczonym czasie. W wielu przypadkach doprowadziło to do tego, że inny zespół zebrał dane i odkrył coś, co przeoczył pierwotny zespół. Jak to ujął Norris, „wiele astronomicznych odkryć następuje po udostępnieniu danych innym grupom, które są w stanie zwiększyć wartość danych, łącząc je z danymi, modelami lub pomysłami, które mogły nie być dostępne dla projektantów instrumentów”.
Jako taki, Nelson zaleca zachęcanie astronomów do przekazywania danych w ten sposób. Często kariera naukowa opiera się na wielu publikacjach. Jednak grozi to ukaraniem tych, którzy spędzają dużo czasu na jednym projekcie, który produkuje tylko niewielką ilość publikacji. Zamiast tego Nelson sugeruje system, dzięki któremu astronomowie zdobyliby uznanie dzięki ilości danych, które pomogli udostępnić społeczności, ponieważ zwiększa to również zbiorową wiedzę.
Przetwarzanie danych
Ponieważ istnieje wyraźny trend w kierunku automatycznego pobierania danych, całkiem naturalne jest, że znaczna część początkowego przetwarzania danych również może być. Zanim zdjęcia nadają się do badań astronomicznych, należy je oczyścić pod kątem szumów i skalibrować. Wiele technik wymaga dalszego przetwarzania, które jest często uciążliwe. Sam doświadczyłem tego podczas dziesięciotygodniowego letniego stażu, w którym uczestniczyłem, polegało na powtarzalnym dopasowywaniu profili do funkcji rozkładania punktów gwiazd na dziesiątki zdjęć, a następnie ręcznym odrzucaniu gwiazd, które były w jakiś sposób wadliwe (np. zbyt blisko krawędzi ramy i częściowo odcięta).
Chociaż jest to często cenne doświadczenie, które uczy początkujących astronomów rozumowania procesów, z pewnością można je przyspieszyć zautomatyzowanymi procedurami. Rzeczywiście, wiele technik używanych przez astronomów do tych zadań to te, których nauczyli się na początku swojej kariery zawodowej i mogą być nieaktualne. Jako takie, zautomatyzowane procedury przetwarzania mogą być zaprogramowane w celu zastosowania aktualnych najlepszych praktyk w celu umożliwienia uzyskania najlepszych możliwych danych.
Ale ta metoda nie jest pozbawiona własnych niebezpieczeństw. W takim przypadku nowe odkrycia mogą zostać pominięte. Znacząco nietypowe wyniki mogą być interpretowane przez algorytm jako wada oprzyrządowania lub uderzenia promieniowania gamma i odrzucane zamiast identyfikowane jako nowe zdarzenie, które wymaga dalszego rozważenia. Ponadto techniki przetwarzania obrazu mogą nadal zawierać artefakty z samych technik. Jeśli astronomowie nie będą przynajmniej w jakiś sposób zaznajomieni z technikami i ich pułapkami, mogą interpretować sztuczne wyniki jako odkrycie.
Data Mining
Przy ogromnym wzroście generowanych danych astronomowie będą potrzebować nowych narzędzi do ich eksploracji. Już starano się otagować dane odpowiednimi identyfikatorami za pomocą programów takich jak Galaxy Zoo. Po przetworzeniu i posortowaniu takich danych astronomowie będą mogli szybko porównać interesujące obiekty na swoich komputerach, podczas gdy planowane byłyby wcześniej obserwowane przebiegi. Jak wyjaśnia Norris: „Wiedza fachowa, która teraz służy planowaniu obserwacji, zostanie poświęcona planowaniu wypadu do baz danych”. Podczas moich studiów licencjackich (kończących się w 2008 r., A więc wciąż aktualnych), specjalizacje astronomiczne wymagały tylko jednego kursu programowania komputerowego. Jeśli przewidywania Norrisa są poprawne, kursy, które uczniowie, tacy jak ja, odbyli w technikach obserwacyjnych (które nadal zawierały trochę pracy z fotografią filmową), prawdopodobnie zostaną zastąpione większym programowaniem i administracją baz danych.
Po zorganizowaniu astronomowie będą mogli szybko porównywać populacje obiektów w skalach, których nigdy wcześniej nie widzieli. Ponadto, dzięki łatwemu dostępowi do obserwacji z wielu reżimów długości fali, będą mogli uzyskać pełniejsze zrozumienie obiektów. Obecnie astronomowie koncentrują się w jednym lub dwóch zakresach widm. Ale dzięki dostępowi do znacznie większej ilości danych zmusi to astronomów do dalszej dywersyfikacji lub współpracy.
Wnioski
Biorąc pod uwagę cały potencjał postępu, Norris podsumowuje, że możemy wkroczyć w nowy Złoty Wiek astronomii. Odkrycia nadejdą szybciej niż kiedykolwiek, ponieważ dane są tak łatwo dostępne. Spekuluje, że doktoranci przeprowadzą nowatorskie badania wkrótce po rozpoczęciu studiów. Zastanawiam się, dlaczego zaawansowani studenci i poinformowani laicy też by tego nie zrobili.
Jednak dla wszystkich możliwości łatwy dostęp do danych przyciągnie również crackpots. Już teraz niekompetentni oszuści roją się w czasopismach szukających moich cytatów. O ile gorzej będzie, gdy będą mogli wskazać materiał źródłowy i swoją dziwną analizę, aby uzasadnić swój nonsens? Aby temu przeciwdziałać, astronomowie (jak wszyscy naukowcy) będą musieli ulepszyć swoje publiczne programy informacyjne i przygotować społeczeństwo na nadchodzące odkrycia.
