天文學(xué)的下一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)有可能隱藏在天文舊數(shù)據(jù)中？

來源：新浪科技綜合 發(fā)布時(shí)間：2018-07-06瀏覽：2350次

天文學(xué)的下一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)有可能隱藏在天文舊數(shù)據(jù)中？

　　原標(biāo)題：天文學(xué)的下一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)將出現(xiàn)在？

　　最近，在《自然》雜志上發(fā)表了兩項(xiàng)有趣的新發(fā)現(xiàn)：

　　我們?cè)缫阎?，在銀河系的中心包含了一個(gè)質(zhì)量為太陽400萬倍的超大質(zhì)量黑洞——人馬座A*（Sgr A*）。根據(jù)恒星動(dòng)力學(xué)的理論預(yù)測(cè)，在人馬座A*附近也應(yīng)該存在大量的恒星級(jí)黑洞（一般質(zhì)量介于5 - 30倍的太陽質(zhì)量）。通過對(duì)錢德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，天文學(xué)家首次找到了這些黑洞存在的觀測(cè)證據(jù)。

　　研究人員一直相信歐羅巴（Europa，木衛(wèi)二）在它那紅白花斑的冰殼之下有可能埋藏了一個(gè)液態(tài)海洋。而就在一項(xiàng)剛發(fā)表在《自然-天文》的論文中，科學(xué)家從伽利略號(hào)探測(cè)器的數(shù)據(jù)中找到了歐羅巴將液態(tài)水噴射到太空的證據(jù)。

　　這兩個(gè)看似毫無關(guān)聯(lián)的研究，卻有著一個(gè)共同之處：兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)都是基于對(duì)長期存檔的舊數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘時(shí)才發(fā)現(xiàn)的，而不是來自什么最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡。

　　隨著“大數(shù)據(jù)”時(shí)代改變了科學(xué)研究的方式，像這樣的發(fā)現(xiàn)只會(huì)變得更加普遍。天文學(xué)家每天都收集到的新數(shù)據(jù)量幾乎呈指數(shù)增長，這通常需要數(shù)年的時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)深藏在這些文檔中的所有信息?；蛟S，下一個(gè)天文學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)就隱藏在這些舊數(shù)據(jù)中，只是我們還不知道。

　　天文學(xué)的演化

　　六十多年前，典型的天文學(xué)家通常獨(dú)自工作，或者在一個(gè)小團(tuán)隊(duì)中工作。很可能在他們所屬的院校機(jī)構(gòu)中，有一臺(tái)體積龐大的地面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡供他們使用。

　　他們的觀察很大程度上都僅限于光學(xué)波段——大致就是肉眼可見的波段。這意味著他們錯(cuò)過了大量天體物理源發(fā)出的信號(hào)——從低頻的射電波一直到高能的伽馬射線。在那時(shí)的大多數(shù)情況下，如果你想從事天文學(xué)，那你就必須得是一個(gè)學(xué)者，或者就是一位喜歡仰望星空的富人，這樣才有機(jī)會(huì)使用一個(gè)好的望遠(yuǎn)鏡。

　　舊數(shù)據(jù)會(huì)以照片底片或已出版的目錄的形式存儲(chǔ)。但從其他天文臺(tái)獲取檔案會(huì)很困難——而對(duì)業(yè)余天文學(xué)家來說，基本上是不可能的。

　　現(xiàn)在，有的天文臺(tái)可以覆蓋整個(gè)電磁頻譜。這些最先進(jìn)的天文臺(tái)不再只由一個(gè)單一機(jī)構(gòu)運(yùn)作，往往需要涉及到多國科學(xué)家的共同努力。

　　隨著數(shù)字時(shí)代的到來，幾乎所有數(shù)據(jù)都會(huì)在被獲取不就之后公開。這使得天文學(xué)非常“民主”：任何人都能夠重新分析幾乎任何數(shù)據(jù)集，從而創(chuàng)造新的發(fā)現(xiàn)。比如，你也可以查看在人馬座A*附近發(fā)現(xiàn)的恒星級(jí)黑洞的數(shù)據(jù)。

　　這些天文臺(tái)都產(chǎn)生了驚人的數(shù)據(jù)量。例如，自1990年哈勃太空望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行以來，已完成了超過130萬次的觀測(cè)，每周傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)約為20GB，這對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)于1970年代的望遠(yuǎn)鏡來說，是十分令人欽佩的?，F(xiàn)在位于智利的阿塔卡馬大型毫米波陣列（ALMA），預(yù)計(jì)每天會(huì)能產(chǎn)生2TB的數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)大爆炸

　　已有的天文學(xué)數(shù)據(jù)檔案已經(jīng)非常龐大了，但我們即將迎來的會(huì)是更加爆炸式的情況。

　　無論是因?yàn)榧夹g(shù)改進(jìn)的原因，還是因?yàn)樘煳膶W(xué)任務(wù)變得更大，每一代的天文臺(tái)通常至少比之前的要靈敏10倍。根據(jù)新任務(wù)運(yùn)行的時(shí)間長短，它在同一波段能探測(cè)到的天體源的數(shù)量，是此前任務(wù)的數(shù)百倍。

　　例如，將早期的EGRET伽瑪射線天文臺(tái)（于1990年代升空）與NASA的一流任務(wù)Fermi伽瑪射線空間望遠(yuǎn)鏡（于10年前發(fā)射）相比， EGRET僅在天空中探測(cè)到約190個(gè)伽馬射線源，而Fermi的探測(cè)數(shù)量已經(jīng)超過5000個(gè)。

　　正在智利建設(shè)中的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡（LSST）是一種光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，它將每隔幾夜就對(duì)整個(gè)天空進(jìn)行拍攝。屆時(shí)，它極高的靈敏度，能在每晚產(chǎn)生大約一千萬條警報(bào)，從而在10年后產(chǎn)生的目錄數(shù)據(jù)大小超過15PB（1PB = 1000TB）。

　　當(dāng)平方公里陣（SKA）在2020年建成之后，將成為世界上最靈敏的望遠(yuǎn)鏡，足以探測(cè)到建立在距離地球50光年遠(yuǎn)的外星文明上的機(jī)場(chǎng)雷達(dá)站。只需短短的一年，它就能產(chǎn)生比現(xiàn)在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)還多的數(shù)據(jù)。

　　這些雄心勃勃的項(xiàng)目將考驗(yàn)科學(xué)家處理數(shù)據(jù)的能力。圖像需要可以被自動(dòng)化處理——這意味著數(shù)據(jù)需要被減小到易操控的大小、或直接轉(zhuǎn)變成成品。新的天文臺(tái)正在推進(jìn)計(jì)算能力的邊界，它需要的是每天能處理數(shù)百TB數(shù)據(jù)的設(shè)施。

　　解鎖新科學(xué)

　　數(shù)據(jù)洪流將使天文學(xué)變得比以往任何時(shí)候都具有協(xié)作性和開放性。由于互聯(lián)網(wǎng)檔案、強(qiáng)大的學(xué)習(xí)社區(qū)和新的推廣計(jì)劃的存在，現(xiàn)在公民都有機(jī)會(huì)參與科學(xué)。例如，通過電腦程序Einstein@Home[3]，任何人都可以用自己的電腦在空閑時(shí)間內(nèi)幫助科學(xué)家從合并的黑洞中搜尋引力波。

　　對(duì)科學(xué)家來說，這也是一個(gè)令人激動(dòng)人心的時(shí)刻。天文學(xué)家經(jīng)常從事的工作是，在寬廣到超出人類生命長度的時(shí)間尺度上，研究那些無法在“真實(shí)”時(shí)間中發(fā)生的物理現(xiàn)象。像典型的銀河合并事件可能需要數(shù)億的時(shí)間年。而我們所能捕捉到的只是一個(gè)瞬間，就像車禍視頻中被截取的某一幀。

　　但是，也有一些現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)在更短的時(shí)間尺度內(nèi)，它們僅需幾十年、幾年甚至幾秒鐘的時(shí)間就可以發(fā)生。這也是為什么科學(xué)家能夠在新的研究中發(fā)現(xiàn)一大群的黑洞的原因。

　　馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)助理教授Eileen Meyer在她的研究中，利用哈勃檔案的數(shù)據(jù)制作了與“噴流”有關(guān)的動(dòng)態(tài)視頻（噴流是從黑洞中噴射出的高速等離子束）。她用超過400張、時(shí)間跨度為13年的原始影像，將附近星系M87的噴流制作成視頻。這一視頻首次顯示了等離子體的扭擺運(yùn)動(dòng)，表明了噴流具有螺旋結(jié)構(gòu)。

　　而這項(xiàng)研究之所以成為可能，完全得益于在更早的時(shí)候，別的觀測(cè)者出于其它目的對(duì)她所感興趣的天體進(jìn)行了拍攝這一事實(shí)。隨著天文圖像變得越來越大、分辨率越來越高、越來越靈敏，這種研究將會(huì)成為常態(tài)。

　　或許將來我們會(huì)在那些舊數(shù)據(jù)中會(huì)找到更多有趣、重大的天文發(fā)現(xiàn)。