作者:池涵 来源: 中国科学报 发布时间:2019/5/21 9:27:55
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虚拟天文台让天文学飞入寻常百姓家

 

■本报见习记者 池涵

◎中国虚拟天文台方便了科学家的批量数据分析和可视化工作,大大提高了科研效率。

◎超新星公众搜寻项目开启以来,已累计发现超新星20多颗,参与者除了学生、天文爱好者,还有工程师、公司职员、公务员,其中最年轻的发现者廖家铭当时只有10岁。

5月6日,万维望远镜个人版2.0正式发布。作为虚拟天文台的一个重要实例,本次上线的万维望远镜2.0版由中国虚拟天文台(China-VO)开发,成功对接了国际先进的天文数据标准HiPS,实现了对万维望远镜数据的大批量、一次性更新,上线了包括嫦娥2号7米分辨率探月数据、北京—亚利桑那巡天彩色星图、卡西尼探测器土卫八数据、新视野号冥王星数据在内的88个新数据集,进一步丰富了平台资源,也为天文科普教育提供了更多便利。

中国科学院国家天文台信息与计算中心主任、国际虚拟天文台联盟副主席、中国虚拟天文台负责人崔辰州告诉《中国科学报》,2000年左右,随着美国斯隆数字巡天(SDSS)等一批天文观测项目开始启动,天文学的观测方法发生了重大改变,从对单个天体的精细观测改为大天区巡天观测。新的观测方式带来了海量数据,如何存储、分析和呈现这些浩如烟海的数据成为了天文学家迫在眉睫的问题。

虚拟天文台,作为上述问题的解决方案,应运而生。

多信使天文学

“虚拟天文台是将全球范围内形如孤岛的天文研究资源通过先进的信息技术连接起来,实现资源在地理上的分散和逻辑上的统一。”中国科学院国家天文台郭守敬望远镜(LAMOST)运行与发展中心常务副主任赵永恒告诉《中国科学报》。

以中国虚拟天文台用户之一LAMOST为例。赵永恒说,LAMOST作为我国天文界第一个大科学工程以及世界上光谱获取率最高的望远镜,在大规模光学光谱观测和大视场天文学研究方面,居于国际领先地位。其第六次释放的数据共包括4902个观测天区,发布1125万条光谱,其中高质量光谱数(S/N>10)达到937万条,约为国际上其他巡天项目发布光谱数之和的2倍。

国家天文台助理研究员李珊珊告诉《中国科学报》,这些海量数据的发布正是通过中国虚拟天文台团队设计开发的数据发布系统实现的。

天文数据有多大呢?LAMOST每年产生10TB数据,俗称“天眼”的FAST预计每天产生50TB数据,而平方千米射电望远镜阵(SKA)每秒就可以产生50TB数据。

从2017年6月LAMOST一期巡天结束到现在的两年时间里,中国虚拟天文台打造的数据发布系统经受住了考验。截至2019年4月,LAMOST数据发布系统已为科学用户提供了1067719次检索服务,以及近60TB的数据下载流量,产出了近400篇科学论文。

5月初,LAMOST数据发布系统被评为“2018年度中国科学院信息化优秀案例”。

崔辰州说,虚拟天文台可以连接单个望远镜数据,实现数据互操作。比如LAMOST的可见光波段数据,通过与射电、X射线波段的其他望远镜数据,甚至引力波干涉仪数据、哈勃望远镜数据进行数据融合,可以综合天体的各种信息,实现交叉证认,这在天文学上叫做多波段天文学。而随着引力波、中微子等更多观测方式的出现,多信使天文学也应运而生。

崔辰州认为多波段、多信使等天文观测及数据资源相互结合,是天文学研究的趋势之一。例如4月发布的第一张黑洞照片就是融合了全球多个望远镜的观测数据并进行后期处理得到的。

实现“三替” 天文上“云”

对于虚拟天文台的功能,赵永恒将之总结为“三替”,即替找数据、替分析数据、替可视化。

当今,各种大数据、数据分析、云计算及人工智能技术正在迅猛发展,各种计算机语言、技术层出不穷。据了解,中国虚拟天文台为用户自由地使用第三方语言、软件或技术来分析和可视化数据提供了接口,通过该接口即可使用Python、Java等语言调用系统的服务,从而实现LAMOST数据系统与用户现有软件的无缝对接,方便科学家的批量数据分析和可视化工作,大大提高了科研效率。

崔辰州告诉记者,2016年国家天文台与阿里云缔结战略合作协议,合作内容之一,便是完成了中国虚拟天文台上云,打造包括从天文数据观测、获取、发布,到用户查询、下载、分析以及可视化的全生命周期服务的天文大数据管理与开放共享平台,开发云上天文应用软件与服务,针对光学天文、射电天文、数值模拟和数据挖掘等领域的大数据技术与应用开展深度合作。

全民科学 科普之窗

在刘慈欣的科幻小说《球形闪电》中,有一段关于SETI@home的情节,主人公在自己的电脑上下载一个客户端,即可以用自己电脑的闲置资源帮助科学家搜寻地外文明(SETI)。这种让普通公众广泛参与的科学研究项目,被称为全民科学项目。

中国虚拟天文台也有一个类似的全民科学项目,即公众超新星搜寻项目(Popular Supernova Project,PSP)。

李珊珊介绍,该项目是由业余天文爱好者组成的星明天文台和中国虚拟天文台合作开展的面向普通大众的宇宙新天体搜寻项目之一,是首次基于国内业余天文观测数据策划实施的全民科学项目,也是专业天文队伍和业余天文队伍深度合作的一次成功尝试。

超新星公众搜寻项目开启以来,已累计发现超新星20多颗,参与者除了学生、天文爱好者,还有工程师、公司职员、公务员,其中最年轻的发现者廖家铭当时只有10岁。

崔辰州说:“超新星搜寻计划,在公众科学的参与程度上比SETI@home更进一步,参与者不仅贡献计算资源,而且直接参与搜寻工作,贡献智力。”

虚拟天文台承载的另一个职能是以更直观的方式向中小学生科普天文学知识。

从事天文学学习、科研工作多年,李珊珊深感国内天文科普教育资源缺乏、手段单一陈旧,并与实际天文研究脱节。

于是,李珊珊设想用万维望远镜推进科普,应用场景包括为开设天文课的中小学老师编写互动式天文教学模块,在科技馆开设天文小课堂,以及发挥天文数据可视化的优势,借助万维望远镜平台制作天文漫游片等。

李珊珊告诉《中国科学报》,HiPS是一种国际上广泛使用的、支持海量天文数据分层可视化的虚拟天文台数据标准。它最主要的特点之一,就是让天文数据能够在专门的客户端或浏览工具中渐进性地读取或显示。基于这一原则处理后的数据所生成的图像,随着某个特定领域被放大,更多细节亦随之显现。

李珊珊憧憬,这些努力结合公众科研项目可以使天文学科普变得真实与新颖,将一个个天文梦播种在孩子的心中。

同一片天空

在总结天文学数据开放的意义时,崔辰州认为,天文学由于研究资源有限,天然具有数据共享的特点。同时,虚拟天文台开发的LAMOST数据发布系统有完善的用户权限管理机制,可以保证国内天文学家对数据有优先使用权。

通过虚拟天文台数据访问协议的实现,进一步拓宽了LAMOST数据的传播、使用渠道,实现了公开数据的国际化开放共享。中国虚拟天文台还积极把国内的科学数据向国际同行推荐,LAMOST等多批数据已被法国斯特拉斯堡天文数据中心(CDS)的VizieR系统收录,提升了国产数据的国际影响力。

对于中国虚拟天文台团队的工作,赵永恒这样评价:“中国虚拟天文台研究建设的这十多年,在帮助我国天文学研究从追赶国际潮流到达到国际先进水平上,扮演了重要角色。”

《中国科学报》 (2019-05-21 第8版 探索发现)
 
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