天文大數(shù)據(jù)都能做什么

美國(guó)天文學(xué)家勞倫斯·克勞斯曾說(shuō)過(guò)：“你身體里的每一個(gè)原子都來(lái)自一顆爆炸了的恒星，形成你左手的原子可能和形成你右手的來(lái)自不同的恒星?！弊鳛橐婚T基礎(chǔ)科學(xué)，天文學(xué)解答的是關(guān)乎人類從何而來(lái)、將去向何處這樣的大問(wèn)題，它是孕育重大原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)和前沿的科學(xué)，也是推動(dòng)科技進(jìn)步和創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。在互聯(lián)網(wǎng)+的時(shí)代，面對(duì)海量的天文大數(shù)據(jù)，天文學(xué)家和公眾有同樣的機(jī)會(huì)取得新的發(fā)現(xiàn)。也許未來(lái)，我們中的任何人都有可能成為揭示宇宙和人類發(fā)展重大奧秘的那位幸運(yùn)兒。

在天文大數(shù)據(jù)撲面而來(lái)之際，你準(zhǔn)備好了么，讓我們一起去迎接和描繪你對(duì)宇宙的新認(rèn)識(shí)。

美國(guó)學(xué)者預(yù)測(cè)：到2025年，全球天文數(shù)據(jù)采集量為每年250億TB，而我們身邊比較常見的U盤及移動(dòng)硬盤，U盤容量有16GB、32GB、64GB，移動(dòng)硬盤數(shù)據(jù)容量有500GB、1TB、2TB，想想看，這是怎樣的海量的數(shù)據(jù)？ 

虛擬天文臺(tái)

讓天文數(shù)據(jù)活起來(lái)

作為寶貴的科研資料，天文數(shù)據(jù)成為人類了解和研究宇宙奧秘的第一手素材。從哈勃空間望遠(yuǎn)鏡每天3GB-5GB的數(shù)據(jù)，到LAMOST每年10TB數(shù)據(jù)，再到FAST每4小時(shí)產(chǎn)生10TB數(shù)據(jù)，天文學(xué)研究已成為一項(xiàng)以數(shù)據(jù)為中心，為數(shù)據(jù)所驅(qū)動(dòng)的科研活動(dòng)。據(jù)美國(guó)天文學(xué)家的預(yù)測(cè)，到2025年，全球天文數(shù)據(jù)采集量將達(dá)到每年250億TB。這些豐富的數(shù)據(jù)資源將大大加深人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)，在這樣一個(gè)數(shù)據(jù)密集型時(shí)代，對(duì)天文大數(shù)據(jù)的挖掘和知識(shí)的發(fā)現(xiàn)變得大有可為。

現(xiàn)在，“數(shù)據(jù)洪水”或“數(shù)據(jù)爆炸”早已成為天文學(xué)界的常見詞匯。如何利用好這些海量數(shù)據(jù)，通過(guò)信息技術(shù)推進(jìn)天文學(xué)研究成為一大挑戰(zhàn)。在這種情境下，虛擬天文臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。

虛擬天文臺(tái)是通過(guò)先進(jìn)的信息技術(shù)將全球范圍內(nèi)的天文研究資源無(wú)縫透明連結(jié)在一起，從而形成數(shù)據(jù)密集型、網(wǎng)絡(luò)化的天文學(xué)研究和科普教育環(huán)境。它將全球的天文數(shù)據(jù)庫(kù)連接起來(lái)形成一個(gè)多波段的數(shù)字星空和一個(gè)全球性的天文數(shù)據(jù)網(wǎng)格，讓科學(xué)家和普通公眾能夠基于數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、高效數(shù)據(jù)訪問(wèn)和互操作，以各種創(chuàng)新的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、展現(xiàn)和分析，打造創(chuàng)新型的科學(xué)研究和資源使用環(huán)境。

以往傳統(tǒng)的天文研究模式為人類留下了GB量級(jí)的數(shù)據(jù)遺產(chǎn)，大望遠(yuǎn)鏡巡天模式則為人類留下了TB量級(jí)的數(shù)據(jù)遺產(chǎn)。而虛擬天文臺(tái)模式則把人類帶入PB量級(jí)的數(shù)據(jù)密集型時(shí)代，這三種模式的關(guān)系并不是一種取代另一種，而是同時(shí)存在于現(xiàn)代天文學(xué)研究活動(dòng)中。

以中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)為首的中國(guó)天文學(xué)界于2002年提出了中國(guó)虛擬天文臺(tái)的設(shè)想，并于當(dāng)年加入國(guó)際虛擬天文臺(tái)聯(lián)盟。中國(guó)虛擬天文臺(tái)是將國(guó)內(nèi)外天文望遠(yuǎn)鏡的海量觀測(cè)數(shù)據(jù)融合在一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)上，通過(guò)云計(jì)算的方式為科學(xué)研究和科普教育提供服務(wù)。

隨著平臺(tái)的建立，知識(shí)發(fā)現(xiàn)的新模式也隨之建立。在中國(guó)虛擬天文臺(tái)匯集的眾多天文數(shù)據(jù)中，LAMOST望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)就是其中之一，LAMOST望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)通過(guò)中國(guó)虛擬天文臺(tái)進(jìn)行了多次數(shù)據(jù)發(fā)布，天文學(xué)家利用這些數(shù)據(jù)發(fā)表了一百多篇科學(xué)論文，取得了許多精彩的研究成果。比如，前不久美國(guó)天文學(xué)家利用這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了超高速星。這是國(guó)際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的20顆超高速星中距離地球最近的一顆?！俺咚傩恰笔侵高@顆星的速度很高，能夠達(dá)到銀河系的逃逸速度，會(huì)直接跑出銀河系，對(duì)超高速星的研究，可以讓科學(xué)家加深對(duì)銀河系中心黑洞的了解，在銀河系暗物質(zhì)的分布、暗物質(zhì)的組成等方面取得新的進(jìn)展。

天文大數(shù)據(jù)
    讓宇宙漫游有個(gè)性

迄今為止，科學(xué)家已經(jīng)在太陽(yáng)系以外發(fā)現(xiàn)了1800多顆經(jīng)證實(shí)的行星。其中1000多顆是由開普勒太空望遠(yuǎn)鏡在2009年至2013年四年間發(fā)現(xiàn)的。在此期間，它成功地收集了大量的數(shù)據(jù)。

在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行短短兩年的研究后，美國(guó)國(guó)家航空航天局將之公諸于眾——不僅僅是研究者，普通大眾也能獲取這些數(shù)據(jù)。美國(guó)的全民科學(xué)組織研發(fā)了一種工具，通過(guò)這一工具，天文學(xué)家足不出戶就可以尋找下一個(gè)類似地球的行星。最近NASA還發(fā)布了一個(gè)可在電腦中使用的尋找小行星的工具，借公眾下載使用。哈勃望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)的一些科學(xué)家致力于將哈勃的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到一個(gè)公共數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目中，使研究者更容易獲取這些現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證假設(shè)，減少研究時(shí)間。

在資深天文學(xué)家看來(lái)，如今的互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，基于天文大數(shù)據(jù)的虛擬天文臺(tái)，結(jié)合計(jì)算宇宙學(xué)、天文信息學(xué)，對(duì)海量科學(xué)真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔、大規(guī)模數(shù)值模擬、可視化展示，將天文大數(shù)據(jù)進(jìn)行融合以及智能挖掘，從各個(gè)方面都能夠激發(fā)更多學(xué)科的發(fā)展。

在中國(guó)虛擬天文臺(tái)里，大量天文科學(xué)數(shù)據(jù)的上線，除了能夠幫助天文學(xué)家進(jìn)行更加高效的科學(xué)研究外，天文科學(xué)數(shù)據(jù)也降低了公眾獲取天文數(shù)據(jù)，參與天文學(xué)研究的門檻，成為公眾科普的重要資源。

中國(guó)虛擬天文臺(tái)有一個(gè)“公眾頻道”，其中的特色欄目中包括征集星座故事的“家鄉(xiāng)的星星”，開欄語(yǔ)中寫道：中華大地上，一地一方的人們心中都有不同的星空，這就是廣泛流傳的中國(guó)民間星座，這些星座充滿博物學(xué)氣質(zhì)，有著各種各樣神奇的名字。然而，這些民間星座在慢慢消失……現(xiàn)在，如果你知道它們的名字或者故事，請(qǐng)告訴我們吧！

“公眾超新星搜尋計(jì)劃”和“WWT宇宙漫游項(xiàng)目”是公眾頻道的重頭戲，前者是面向普通大眾的宇宙新天體搜尋項(xiàng)目，它讓任何對(duì)新天體搜索感興趣的普通公眾都有機(jī)會(huì)參與到專業(yè)的天文發(fā)現(xiàn)中來(lái)。2015年，來(lái)自安徽合肥的10歲小學(xué)生廖家銘，借助中國(guó)虛擬天文臺(tái)公開發(fā)布的天文數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了一顆超新星，他也成為全球年齡最小的超新星發(fā)現(xiàn)者。

如果說(shuō)超新星搜尋需要一定的天文學(xué)知識(shí)的話，“WWT宇宙漫游項(xiàng)目”就更為普及。WWT是萬(wàn)維望遠(yuǎn)鏡的是簡(jiǎn)稱，WWT漫游制作借助先進(jìn)的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)和友好的用戶界面，通過(guò)加載虛擬天文臺(tái)中豐富的真實(shí)大數(shù)據(jù)資源，可以將遙遠(yuǎn)陌生的宇宙快捷、方便地呈現(xiàn)出來(lái)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)分享出去。利用基于虛擬天文臺(tái)的WWT軟件，任何人都可以對(duì)真實(shí)的科學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行引用、剪輯，實(shí)現(xiàn)宇宙場(chǎng)景的切換，配以圖片、文字、音樂(lè)和旁白，可以制作出一個(gè)屬于自己的個(gè)性化宇宙漫游節(jié)目。