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當(dāng)天文學(xué)遇到大數(shù)據(jù)
2018-08-02
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當(dāng)天文學(xué)遇到大數(shù)據(jù)

浩瀚的宇宙自古以來就一直吸引著人類進(jìn)行不懈探索。天文學(xué)這門基于觀測的最古老的自然科學(xué)，隨著科技的進(jìn)步，目前也邁進(jìn)了大數(shù)據(jù)時(shí)代。

天文學(xué)是最早的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)學(xué)科，云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)是制約學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵因素。除了海量天文數(shù)據(jù)，在線服務(wù)、軟件工具、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、分析挖掘環(huán)境等也都是推動(dòng)天文科研、科普的重要因素。

海量的數(shù)據(jù)與先進(jìn)的信息技術(shù)“融合”，在天文學(xué)領(lǐng)域結(jié)出碩果的同時(shí)，將在更廣闊的空間發(fā)揮引領(lǐng)和示范作用。比如，分布式海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大規(guī)模計(jì)算、新一代應(yīng)用架構(gòu)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等方面的技術(shù)，幫助中國科學(xué)院國家天文臺(tái)逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源上云，其中包括在貴州最新落成的FAST（中國天眼）觀測的數(shù)據(jù)。

FAST是由中國人創(chuàng)造的世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，它為我國天文學(xué)研究者提供了先進(jìn)的儀器設(shè)備，同時(shí)也帶來了海量大數(shù)據(jù)。有統(tǒng)計(jì)顯示，F(xiàn)AST進(jìn)入正式科學(xué)觀測后，每天將產(chǎn)生高達(dá)50TB的數(shù)據(jù)。

在FAST早期觀測時(shí)，國家天文臺(tái)采用的是漂移掃描的觀測模式，這個(gè)模式有一個(gè)19波束的接收機(jī)，帶寬400兆赫茲，通過1G的頻率進(jìn)行采集，它的原始數(shù)據(jù)的產(chǎn)生率是38個(gè)GB每秒，壓縮后會(huì)小到原來的1/5到1/6，也就是大約6個(gè)GB每秒。

國內(nèi)除了FAST，還有“悟空”衛(wèi)星等，在國際上我國也有很多大型天文望遠(yuǎn)鏡觀測項(xiàng)目，如跨越南非和澳大利亞的一平方千米的天線陣，據(jù)稱它的原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生率將會(huì)超過十個(gè)PB每秒，將超過目前全球互聯(lián)網(wǎng)的帶寬，這都將給天文學(xué)帶來海量數(shù)據(jù)。

人類從哪里來，宇宙有哪些奧秘，這些其實(shí)是生命起源的最基本問題。研究這些基本問題的天文學(xué)是一個(gè)開放的學(xué)科，數(shù)據(jù)都向全世界開放共享。國際合作是天文學(xué)的“基因”，天文大數(shù)據(jù)將大大推動(dòng)計(jì)算科學(xué)的發(fā)展。云計(jì)算技術(shù)發(fā)展到一定程度，世界上就會(huì)有更多人可以參與到人類這些基本問題的研究中來，產(chǎn)生全球共享的效應(yīng)。

以郭守敬望遠(yuǎn)鏡為例，它是我國天文學(xué)領(lǐng)域第一個(gè)國家大科學(xué)工程項(xiàng)目，也是世界上光譜巡天效率最高的望遠(yuǎn)鏡。自2009年落成以來，已經(jīng)獲得超過700萬天體的光譜，是世界上最大的天體光譜庫。目前，郭守敬望遠(yuǎn)鏡的產(chǎn)品數(shù)據(jù)已經(jīng)完成上云，并通過對(duì)外公開數(shù)據(jù)發(fā)布網(wǎng)站向全世界開放。上云完成后，將大大提升郭守敬望遠(yuǎn)鏡觀測數(shù)據(jù)的顯示度和利用率。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，如何訪問和使用這些海量的信息成為了全世界天文學(xué)家面臨的難題。虛擬天文臺(tái)之父、美國約翰·霍普金斯大學(xué)的Alex Szalay教授提出了“虛擬天文臺(tái)”的設(shè)想。

虛擬天文臺(tái)是通過信息技術(shù)，將全球范圍內(nèi)的天文數(shù)據(jù)無縫透明連接在一起，從而形成數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)絡(luò)化天文研究與科普教育的平臺(tái)。多年來，我也一直致力于中國虛擬天文臺(tái)的研究和建設(shè)。

由中國虛擬天文臺(tái)與微軟研究院合作完成的“WWT北京社區(qū)”，成為了WWT官方中文門戶，正為全球的中文用戶提供各種信息和資源。

大數(shù)據(jù)時(shí)代，虛擬天文臺(tái)拉近了公眾與宇宙之間的距離，而中國虛擬天文臺(tái)和星明天文臺(tái)推出的“公眾超新星搜尋項(xiàng)目”，則為普通公眾在欣賞宇宙之美的同時(shí)，有了參與天文新發(fā)現(xiàn)的可能。也許將來國內(nèi)有更多擁有天文設(shè)備的愛好者、組織團(tuán)體加入到該項(xiàng)目中，尋找更多類型的天體，也將不斷充實(shí)虛擬天文臺(tái)為公眾服務(wù)的內(nèi)容和功能。借助大數(shù)據(jù)帶來的科技進(jìn)步，全民搜星的時(shí)代或許很快就會(huì)來臨。


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