根據(jù)國家報告，海量數(shù)據(jù)正在改變?nèi)祟愑^察宇宙的方式。天文學(xué)一直被認(rèn)為是一門觀察恒星的科學(xué)，但現(xiàn)在各種來源提供的無盡信息創(chuàng)造了一種分析空間的新方法。
最近，《自然》雜志發(fā)表了兩項有趣的新發(fā)現(xiàn)：
我們早就知道銀河系的中心有一個超大質(zhì)量的黑洞，射手座，它是太陽質(zhì)量的400萬倍。根據(jù)恒星動力學(xué)的理論預(yù)測，在人馬座A*附近也應(yīng)該有大量的恒星黑洞（太陽質(zhì)量一般在5到30倍之間）。通過分析錢德拉x射線太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了這些黑洞存在的觀測證據(jù)。
中間是人馬座A，12個新發(fā)現(xiàn)的X射線雙星，紅色圓圈中有恒星黑洞，黃色圓圈中有其他X射線源。|資料來源：NASA/CXC/哥倫比亞大學(xué)/C.Hailey等人。
研究人員長期以來一直認(rèn)為，木衛(wèi)二可能在其紅色和白色斑塊狀冰殼下埋藏了一個液態(tài)海洋。在《自然天文學(xué)》剛剛發(fā)表的一篇論文中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，證明木衛(wèi)二從伽利略探測器的數(shù)據(jù)中向太空噴射液態(tài)水。
這兩項看似無關(guān)的研究有一個共同點：它們是基于長期存檔的舊數(shù)據(jù)的挖掘，而不是基于最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡。
隨著“大數(shù)據(jù)”時代改變了科學(xué)研究的方式，這樣的發(fā)現(xiàn)只會變得更加普遍。天文學(xué)家每天收集的新數(shù)據(jù)幾乎是成倍增加，通常需要數(shù)年才能發(fā)現(xiàn)這些文件中隱藏的所有信息。也許下一個重大的天文發(fā)現(xiàn)隱藏在這些舊數(shù)據(jù)中，但我們還不知道。
天文學(xué)的發(fā)展
60年前，典型的天文學(xué)家通常是單獨工作或在一個小團(tuán)隊中工作。很可能他們有一個大型的地面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，供他們所屬的機(jī)構(gòu)使用。
他們的觀察主要局限于光學(xué)波段——肉眼大致可見。這意味著他們錯過了很多來自天體物理源的信號，從低頻無線電波到高能伽馬射線。在當(dāng)時的大多數(shù)情況下，如果你想從事天文學(xué)工作，你必須是一個學(xué)者，或者是一個喜歡仰望星星的富人，這樣你才能使用一架好的望遠(yuǎn)鏡。
舊數(shù)據(jù)將以底片或出版目錄的形式存儲。但從其他天文臺獲取檔案可能會很困難——而且對于業(yè)余天文學(xué)家來說基本上是不可能的。
現(xiàn)在，一些天文臺可以覆蓋整個電磁頻譜。這些最先進(jìn)的觀測站不再由一個單一的機(jī)構(gòu)運(yùn)作，往往需要來自許多國家的科學(xué)家的共同努力。
隨著數(shù)字時代的到來，幾乎所有的數(shù)據(jù)都將在獲取后公開。這使得天文學(xué)非常民主：任何人都可以重新分析幾乎所有的數(shù)據(jù)集來創(chuàng)造新的發(fā)現(xiàn)。例如，你還可以查看在人馬座A*附近發(fā)現(xiàn)的恒星黑洞的數(shù)據(jù)。
這些天文臺產(chǎn)生了驚人數(shù)量的數(shù)據(jù)。例如，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡自1990年投入使用以來，已完成130多萬次觀測。每周傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)約為20GB，這對于20世紀(jì)70年代設(shè)計的望遠(yuǎn)鏡來說是非常令人欽佩的。目前位于智利的阿塔卡馬大毫米波陣列（ALMA）預(yù)計每天將產(chǎn)生2 TB的數(shù)據(jù)。
Alma Morita陣列。截至2018年4月，利用ALMA數(shù)據(jù)編制了1000篇同行評議論文。|圖片來源：阿爾瑪
大數(shù)據(jù)爆炸
現(xiàn)有的天文數(shù)據(jù)檔案已經(jīng)非常龐大，但我們即將面臨更具爆炸性的局面。
每一代天文臺的靈敏度通常至少是以前的10倍，這可能是由于技術(shù)進(jìn)步，也可能是因為天文任務(wù)變得更大。根據(jù)新任務(wù)的運(yùn)行時間，它能在同一波段探測到的天體源數(shù)量是以前任務(wù)的數(shù)百倍。
例如，與美國航天局一級任務(wù)費米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡（10年前發(fā)射）相比，早期的白鷺伽馬射線天文臺（20世紀(jì)90年代發(fā)射）在天空中只探測到約190個伽馬射線源，而費米望遠(yuǎn)鏡則探測到5000多個伽馬射線源。
智利正在建造的大型綜合天空觀測望遠(yuǎn)鏡（LSST）是一種光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，每隔幾夜就可以拍攝整個天空。屆時，它將極其敏感，每晚產(chǎn)生約1000萬個警報，導(dǎo)致目錄數(shù)據(jù)在10年內(nèi)超過15PB（1PB=1000TB）。
當(dāng)平方公里陣列（SKA）在2020年完工時，它將成為世界上最靈敏的望遠(yuǎn)鏡，能夠探測距離地球50光年外的外星人文明上建立的機(jī)場雷達(dá)站。僅僅一年的時間，它就能生產(chǎn)出比現(xiàn)在更多的產(chǎn)品。互聯(lián)網(wǎng)更多的數(shù)據(jù)。
這些雄心勃勃的項目將考驗科學(xué)家處理數(shù)據(jù)的能力。圖像需要自動處理——這意味著數(shù)據(jù)需要縮小到可管理的大小，或者直接轉(zhuǎn)換成成品。新的天文臺正在突破計算能力的界限，需要能夠每天處理數(shù)百兆字節(jié)數(shù)據(jù)的設(shè)施。
開啟新科學(xué)
數(shù)據(jù)泛濫將使天文學(xué)比以往任何時候都更加合作和開放。因為互聯(lián)網(wǎng)隨著檔案館、強(qiáng)大的學(xué)習(xí)社區(qū)和新的推廣計劃的存在，公民現(xiàn)在有機(jī)會參與科學(xué)活動。例如，有了計算機(jī)程序einstein@home[3]，任何人都可以使用他們的計算機(jī)幫助科學(xué)家在空閑時間從合并的黑洞中搜索引力波。
對科學(xué)家來說，這也是一個令人興奮的時刻。天文學(xué)家經(jīng)常致力于研究超出人類壽命范圍的物理現(xiàn)象，這些現(xiàn)象不可能在“真實”時間內(nèi)發(fā)生。就像一個典型的星系合并，可能需要數(shù)億年的時間。我們能捕捉到的只是瞬間，就像車禍視頻中捕捉到的一幀。
然而，也有一些現(xiàn)象可以發(fā)生在較短的時間尺度。它們只需要幾十年，幾年甚至幾秒鐘就可以發(fā)生。這就是為什么科學(xué)家能夠在新的研究中發(fā)現(xiàn)大量黑洞的原因。
在她的研究中，馬里蘭州大學(xué)物理學(xué)助理教授艾琳·邁耶（eileen meyer）利用哈勃檔案館的數(shù)據(jù)制作了噴流（從黑洞中噴射出來的高速等離子束）的動態(tài)視頻。她使用了超過400張跨越13年的原始圖像，制作了附近星系M87噴氣機(jī)的視頻。這段視頻首次顯示了等離子體的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，這表明射流具有螺旋結(jié)構(gòu)。
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