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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關鍵核心技術,努力搶占科技制高點,為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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【中國科學報】虛擬天文臺 讓天文學飛入尋常百姓家

2019-05-21 中國科學報 池涵
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  中國虛擬天文臺方便了科學家的批量數(shù)據(jù)分析和可視化工作,大大提高了科研效率。

  超新星公眾搜尋項目開啟以來,已累計發(fā)現(xiàn)超新星20多顆,參與者除了學生、天文愛好者,還有工程師、公司職員、公務員,其中最年輕的發(fā)現(xiàn)者廖家銘當時只有10歲。

  5月6日,萬維望遠鏡個人版2.0正式發(fā)布。作為虛擬天文臺的一個重要實例,本次上線的萬維望遠鏡2.0版由中國虛擬天文臺(China-VO)開發(fā),成功對接了國際先進的天文數(shù)據(jù)標準HiPS,實現(xiàn)了對萬維望遠鏡數(shù)據(jù)的大批量、一次性更新,上線了包括嫦娥2號7米分辨率探月數(shù)據(jù)、北京—亞利桑那巡天彩色星圖、卡西尼探測器土衛(wèi)八數(shù)據(jù)、新視野號冥王星數(shù)據(jù)在內的88個新數(shù)據(jù)集,進一步豐富了平臺資源,也為天文科普教育提供了更多便利。

  中國科學院國家天文臺信息與計算中心主任、國際虛擬天文臺聯(lián)盟副主席、中國虛擬天文臺負責人崔辰州告訴《中國科學報》,2000年左右,隨著美國斯隆數(shù)字巡天(SDSS)等一批天文觀測項目開始啟動,天文學的觀測方法發(fā)生了重大改變,從對單個天體的精細觀測改為大天區(qū)巡天觀測。新的觀測方式帶來了海量數(shù)據(jù),如何存儲、分析和呈現(xiàn)這些浩如煙海的數(shù)據(jù)成為了天文學家迫在眉睫的問題。

  虛擬天文臺,作為上述問題的解決方案,應運而生。

  多信使天文學

  “虛擬天文臺是將全球范圍內形如孤島的天文研究資源通過先進的信息技術連接起來,實現(xiàn)資源在地理上的分散和邏輯上的統(tǒng)一?!敝袊茖W院國家天文臺郭守敬望遠鏡(LAMOST)運行與發(fā)展中心常務副主任趙永恒告訴《中國科學報》。

  以中國虛擬天文臺用戶之一LAMOST為例。趙永恒說,LAMOST作為我國天文界第一個大科學工程以及世界上光譜獲取率最高的望遠鏡,在大規(guī)模光學光譜觀測和大視場天文學研究方面,居于國際領先地位。其第六次釋放的數(shù)據(jù)共包括4902個觀測天區(qū),發(fā)布1125萬條光譜,其中高質量光譜數(shù)(S/N>10)達到937萬條,約為國際上其他巡天項目發(fā)布光譜數(shù)之和的2倍。

  國家天文臺助理研究員李珊珊告訴《中國科學報》,這些海量數(shù)據(jù)的發(fā)布正是通過中國虛擬天文臺團隊設計開發(fā)的數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)實現(xiàn)的。

  天文數(shù)據(jù)有多大呢?LAMOST每年產(chǎn)生10TB數(shù)據(jù),俗稱“天眼”的FAST預計每天產(chǎn)生50TB數(shù)據(jù),而平方千米射電望遠鏡陣(SKA)每秒就可以產(chǎn)生50TB數(shù)據(jù)。

  從2017年6月LAMOST一期巡天結束到現(xiàn)在的兩年時間里,中國虛擬天文臺打造的數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)經(jīng)受住了考驗。截至2019年4月,LAMOST數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)已為科學用戶提供了1067719次檢索服務,以及近60TB的數(shù)據(jù)下載流量,產(chǎn)出了近400篇科學論文。

  5月初,LAMOST數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)被評為“2018年度中國科學院信息化優(yōu)秀案例”。

  崔辰州說,虛擬天文臺可以連接單個望遠鏡數(shù)據(jù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)互操作。比如LAMOST的可見光波段數(shù)據(jù),通過與射電、X射線波段的其他望遠鏡數(shù)據(jù),甚至引力波干涉儀數(shù)據(jù)、哈勃望遠鏡數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合,可以綜合天體的各種信息,實現(xiàn)交叉證認,這在天文學上叫做多波段天文學。而隨著引力波、中微子等更多觀測方式的出現(xiàn),多信使天文學也應運而生。

  崔辰州認為多波段、多信使等天文觀測及數(shù)據(jù)資源相互結合,是天文學研究的趨勢之一。例如4月發(fā)布的第一張黑洞照片就是融合了全球多個望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)并進行后期處理得到的。

  實現(xiàn)“三替” 天文上“云”

  對于虛擬天文臺的功能,趙永恒將之總結為“三替”,即替找數(shù)據(jù)、替分析數(shù)據(jù)、替可視化。

  當今,各種大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、云計算及人工智能技術正在迅猛發(fā)展,各種計算機語言、技術層出不窮。據(jù)了解,中國虛擬天文臺為用戶自由地使用第三方語言、軟件或技術來分析和可視化數(shù)據(jù)提供了接口,通過該接口即可使用Python、Java等語言調用系統(tǒng)的服務,從而實現(xiàn)LAMOST數(shù)據(jù)系統(tǒng)與用戶現(xiàn)有軟件的無縫對接,方便科學家的批量數(shù)據(jù)分析和可視化工作,大大提高了科研效率。

  崔辰州告訴記者,2016年國家天文臺與阿里云締結戰(zhàn)略合作協(xié)議,合作內容之一,便是完成了中國虛擬天文臺上云,打造包括從天文數(shù)據(jù)觀測、獲取、發(fā)布,到用戶查詢、下載、分析以及可視化的全生命周期服務的天文大數(shù)據(jù)管理與開放共享平臺,開發(fā)云上天文應用軟件與服務,針對光學天文、射電天文、數(shù)值模擬和數(shù)據(jù)挖掘等領域的大數(shù)據(jù)技術與應用開展深度合作。

  全民科學 科普之窗

  在劉慈欣的科幻小說《球形閃電》中,有一段關于SETI@home的情節(jié),主人公在自己的電腦上下載一個客戶端,即可以用自己電腦的閑置資源幫助科學家搜尋地外文明(SETI)。這種讓普通公眾廣泛參與的科學研究項目,被稱為全民科學項目。

  中國虛擬天文臺也有一個類似的全民科學項目,即公眾超新星搜尋項目(Popular Supernova Project,PSP)。

  李珊珊介紹,該項目是由業(yè)余天文愛好者組成的星明天文臺和中國虛擬天文臺合作開展的面向普通大眾的宇宙新天體搜尋項目之一,是首次基于國內業(yè)余天文觀測數(shù)據(jù)策劃實施的全民科學項目,也是專業(yè)天文隊伍和業(yè)余天文隊伍深度合作的一次成功嘗試。

  超新星公眾搜尋項目開啟以來,已累計發(fā)現(xiàn)超新星20多顆,參與者除了學生、天文愛好者,還有工程師、公司職員、公務員,其中最年輕的發(fā)現(xiàn)者廖家銘當時只有10歲。

  崔辰州說:“超新星搜尋計劃,在公眾科學的參與程度上比SETI@home更進一步,參與者不僅貢獻計算資源,而且直接參與搜尋工作,貢獻智力?!?/p>

  虛擬天文臺承載的另一個職能是以更直觀的方式向中小學生科普天文學知識。

  從事天文學學習、科研工作多年,李珊珊深感國內天文科普教育資源缺乏、手段單一陳舊,并與實際天文研究脫節(jié)。

  于是,李珊珊設想用萬維望遠鏡推進科普,應用場景包括為開設天文課的中小學老師編寫互動式天文教學模塊,在科技館開設天文小課堂,以及發(fā)揮天文數(shù)據(jù)可視化的優(yōu)勢,借助萬維望遠鏡平臺制作天文漫游片等。

  李珊珊告訴《中國科學報》,HiPS是一種國際上廣泛使用的、支持海量天文數(shù)據(jù)分層可視化的虛擬天文臺數(shù)據(jù)標準。它最主要的特點之一,就是讓天文數(shù)據(jù)能夠在專門的客戶端或瀏覽工具中漸進性地讀取或顯示?;谶@一原則處理后的數(shù)據(jù)所生成的圖像,隨著某個特定領域被放大,更多細節(jié)亦隨之顯現(xiàn)。

  李珊珊憧憬,這些努力結合公眾科研項目可以使天文學科普變得真實與新穎,將一個個天文夢播種在孩子的心中。

  同一片天空

  在總結天文學數(shù)據(jù)開放的意義時,崔辰州認為,天文學由于研究資源有限,天然具有數(shù)據(jù)共享的特點。同時,虛擬天文臺開發(fā)的LAMOST數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)有完善的用戶權限管理機制,可以保證國內天文學家對數(shù)據(jù)有優(yōu)先使用權。

  通過虛擬天文臺數(shù)據(jù)訪問協(xié)議的實現(xiàn),進一步拓寬了LAMOST數(shù)據(jù)的傳播、使用渠道,實現(xiàn)了公開數(shù)據(jù)的國際化開放共享。中國虛擬天文臺還積極把國內的科學數(shù)據(jù)向國際同行推薦,LAMOST等多批數(shù)據(jù)已被法國斯特拉斯堡天文數(shù)據(jù)中心(CDS)的VizieR系統(tǒng)收錄,提升了國產(chǎn)數(shù)據(jù)的國際影響力。

  對于中國虛擬天文臺團隊的工作,趙永恒這樣評價:“中國虛擬天文臺研究建設的這十多年,在幫助我國天文學研究從追趕國際潮流到達到國際先進水平上,扮演了重要角色?!?/p>

 ?。ㄔd于《中國科學報》 2019-05-21 第8版 探索發(fā)現(xiàn))
打印 責任編輯:侯茜

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