В некоторых отношениях область астрономии быстро менялась. Мы берем изображения, посмотрим, как они изменились. Мы разбиваем свет на его разные цвета, ища излучение и поглощение. Тот факт, что мы можем сделать это быстрее и дальше, изменил наше понимание, но не основную методологию.
Но в последнее время поле начало меняться. Дни одинокого астронома в окуляре уже прошли. Данные отбираются быстрее, чем они могут быть обработаны, хранятся в легкодоступных местах, и огромные международные группы астрономов работают вместе. На недавнем Международном совещании астрономов в Рио-де-Жанейро астроном Рэй Норрис из Австралийской организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO) обсудил эти изменения, как далеко они могут продвинуться, что мы можем узнать и что мы можем потерять.
обсерватории
Один из способов, которыми астрономы давно меняли поле, собирает больше света, позволяя им заглянуть глубже в космос. Это потребовало телескопов с большей мощностью сбора света и, следовательно, большего диаметра. Эти большие телескопы также дают преимущество улучшенного разрешения, поэтому преимущества очевидны. Таким образом, телескопы на этапах планирования имеют названия, указывающие на огромные размеры. «Большой телескоп» (OWL), «Чрезвычайно большой массив» (ELA) и «Квадратный километраж» (SKA) - это массивные телескопы стоимостью в миллиарды долларов, в которых задействованы ресурсы многих стран.
Но с ростом размеров растет и стоимость. Обсерватории уже напрягают бюджеты, особенно после глобальной рецессии. Норрис заявляет: «Строительство еще больших телескопов за двадцать лет будет стоить значительной доли национального богатства, и маловероятно, что какая-либо нация или группа наций установит достаточно высокий приоритет в астрономии для финансирования такого инструмента. Таким образом, астрономия может достигать максимального размера телескопа, который может быть разумно построен ».
Таким образом, вместо фиксации силы и разрешения сбора света, Норрис предполагает, что астрономам нужно будет исследовать новые области потенциального открытия. Исторически крупные открытия были сделаны таким образом. Открытие гамма-всплесков произошло, когда наш режим наблюдений был расширен до диапазона высоких энергий. Тем не менее, спектральный диапазон в настоящее время довольно хорошо покрыт, но другие области все еще имеют большой потенциал для исследования. Например, когда были разработаны ПЗС, время экспозиции изображений было сокращено, и были открыты новые классы переменных звезд. Еще более короткие выдержки создали область астеросейсмологии. С достижениями в технологии детекторов, эта нижняя граница может быть продвинута еще дальше. С другой стороны, накопление изображений в течение длительного времени может позволить астрономам исследовать историю отдельных объектов более подробно, чем когда-либо прежде.
Доступ к данным
В последние годы многие из этих изменений были продвинуты крупными программами съемки, такими как 2-микронное обследование неба (2MASS) и автоматическое обследование всего неба (ASAS) (просто назвать две из многочисленных крупномасштабных съемок). Благодаря этим большим запасам предварительно собранных данных астрономы могут получить доступ к астрономическим данным по-новому. Вместо того, чтобы предлагать время телескопа, а затем надеяться, что их проект будет одобрен, астрономы имеют расширенный и беспрепятственный доступ к данным. Норрис предполагает, что, если эта тенденция сохранится, следующее поколение астрономов может проделать огромную работу, даже не посещая обсерваторию и не планируя прогон наблюдений. Вместо этого данные будут отбираться из таких источников, как Виртуальная обсерватория.
Конечно, все еще будет необходимость в более глубоких и более специализированных данных. В этом отношении физические обсерватории по-прежнему найдут применение. Уже большая часть данных, взятых даже из целевых наблюдательных прогонов, превращается в астрономическое общественное достояние. Хотя команды, разрабатывающие проекты, по-прежнему получают первые данные, многие обсерватории публикуют их для свободного использования через отведенное время. Во многих случаях это приводило к тому, что другая команда собирала данные и обнаруживала то, что пропустила оригинальная команда. По словам Норриса, «много астрономических открытий происходит после того, как данные выпущены другим группам, которые могут повысить ценность данных, объединив их с данными, моделями или идеями, которые могут быть недоступны для разработчиков инструментов».
Таким образом, Нельсон рекомендует поощрять астрономов вносить данные таким образом. Часто исследовательская карьера строится на количестве публикаций. Однако это рискует наказать тех, кто тратит много времени на один проект, который производит небольшое количество публикаций. Вместо этого Нельсон предлагает систему, с помощью которой астрономы также будут получать признание по количеству данных, которые они помогли предоставить сообществу, поскольку это также увеличивает коллективные знания.
Обработка данных
Поскольку существует четкая тенденция к автоматическому сбору данных, вполне естественно, что значительная часть первоначальной обработки данных также может быть выполнена. Прежде чем изображения пригодны для астрономических исследований, изображения должны быть очищены от шума и откалиброваны. Многие методы требуют дальнейшей обработки, которая часто утомительна. Я сам испытал это на протяжении десятинедельной летней стажировки, которую я посещал, включал повторяющуюся задачу подгонки профилей к функции распределения точек по звездам для десятков изображений, а затем вручную отбрасывал звезды, которые были в некотором роде дефектными (например, слишком близко к краю рамы и частично отрублено).
Хотя это часто является ценным опытом, который учит начинающих астрономов обосновывать процессы, он, безусловно, может быть ускорен с помощью автоматизированных процедур. Действительно, многие методы, которые астрономы используют для этих задач, - те, которые они изучили в начале своей карьеры, и они могут быть устаревшими. Как таковые, автоматизированные процедуры обработки могут быть запрограммированы на использование текущих передовых практик для обеспечения наилучших возможных данных.
Но этот метод не без собственных опасностей. В таком случае, новые открытия могут быть пропущены. Значительно необычные результаты могут быть интерпретированы алгоритмом как дефект в приборе или удар гамма-излучения и отклонены, а не определены как новое событие, которое требует дальнейшего рассмотрения. Кроме того, методы обработки изображений могут по-прежнему содержать артефакты из самих методов. Если астрономы не знакомы хотя бы с методами и их подводными камнями, они могут интерпретировать искусственные результаты как открытие.
Сбор данных
С огромным увеличением генерируемых данных астрономам понадобятся новые инструменты для их изучения. Уже предпринимались попытки пометить данные соответствующими идентификаторами с помощью таких программ, как Galaxy Zoo. Как только такие данные будут обработаны и отсортированы, астрономы смогут быстро сравнивать интересующие их объекты на своих компьютерах, тогда как ранее запланированные наблюдения будут планироваться. Как объясняет Норрис, «опыт, который теперь используется для планирования наблюдений, вместо этого будет посвящен планированию набега в базы данных». Во время моей курсовой работы по бакалавриату (окончание 2008 года, но все еще недавнее), специальностям астрономии требовалось пройти только один курс по компьютерному программированию. Если прогнозы Норриса верны, то такие курсы, как я, учащиеся, которые я изучал, изучали техники наблюдений (которые все еще содержали некоторую работу, связанную с киносъемкой), вероятно, будут заменены дополнительным программированием и администрированием баз данных.
После организации астрономы смогут быстро сравнивать популяции объектов в масштабах, которые раньше не видели. Кроме того, благодаря легкому доступу к наблюдениям из режимов с несколькими длинами волн они смогут получить более полное представление об объектах. В настоящее время астрономы имеют тенденцию концентрироваться в одном или двух диапазонах спектров. Но имея доступ к гораздо большему количеству данных, это заставит астрономов продолжать диверсификацию или работать совместно.
Выводы
Норрис приходит к выводу, что, учитывая весь потенциал развития, мы вступаем в новый золотой век астрономии. Открытия будут происходить быстрее, чем когда-либо, поскольку данные так легко доступны. Он предполагает, что кандидаты в доктора философии будут проводить передовые исследования вскоре после начала своих программ. Я спрашиваю, почему продвинутые студенты и информированные миряне не будут.
Тем не менее, при всех возможностях легкий доступ к данным также привлечет внимание. Уже некомпетентные мошенники кишат журналами в поисках цитат к моим. Насколько хуже будет, когда они смогут указать на исходный материал и свой странный анализ, чтобы оправдать свою глупость? Чтобы бороться с этим, астрономы (как и все ученые) должны будут улучшить свои программы по информированию общественности и подготовить общественность к предстоящим открытиям.
