天文學的下一個重大發現有可能隱藏在天文舊數據中？

原標題：天文學的下一個重大發現有可能隱藏在天文舊數據中？

原標題：天文學的下一個重大發現將出現在？

最近，在《自然》雜誌上發表了兩項有趣的新發現：

我們早已知道，在銀河系的中心包含了一個質量為太陽400萬倍的超大質量黑洞——人馬座A*（Sgr A*）。根據恆星動力學的理論預測，在人馬座A*附近也應該存在大量的恆星級黑洞（一般質量介於5 - 30倍的太陽質量）。通過對錢德拉X射線太空望遠鏡的數據進行分析，天文學家 首次找到了這些黑洞存在的觀測證據 。

位於正中間的是人馬座A*，紅色圈內是新發現的12個包含了恆星級黑洞的X射線雙星，黃色圈內則是其它的X射線源。| 圖片來源：NASA/CXC/Columbia Univ。/C。 Hailey et al。

研究人員一直相信歐羅巴（Europa，木衛二）在它那紅白花斑的冰殼之下有可能埋藏了一個液態海洋。而就在一項剛發表在《自然-天文》的論文中，科學家從 伽利略號探測器 的數據中找到了 歐羅巴將液態水噴射到太空的證據 。

歐羅巴上的噴泉。| 圖片來源：NASA/ESA/K。 RETHERFORD/SWRI

這兩個看似毫無關聯的研究，卻有著一個共同之處：兩項發現都是基於對長期存檔的舊數據進行挖掘時才發現的，而不是來自什麼最先進的望遠鏡。

隨著「大數據」時代改變了科學研究的方式，像這樣的發現只會變得更加普遍。天文學家每天都收集到的新數據量幾乎呈指數增長，這通常需要數年的時間才能發現深藏在這些文檔中的所有信息。或許，下一個天文學的重大發現就隱藏在這些舊數據中，只是我們還不知道。

天文學的演化

六十多年前，典型的天文學家通常獨自工作，或者在一個小團隊中工作。很可能在他們所屬的院校機構中，有一台體積龐大的地面光學望遠鏡供他們使用。

他們的觀察很大程度上都僅限於 光學波段 ——大致就是肉眼可見的波段。這意味著他們錯過了大量天體物理源發出的信號——從低頻的射電波一直到高能的伽馬射線。在那時的大多數情況下，如果你想從事天文學，那你就必須得是一個學者，或者就是一位喜歡仰望星空的富人，這樣才有機會使用一個好的望遠鏡。

舊數據會以照片底片或已出版的目錄的形式存儲。但從其他天文台獲取檔案會很困難——而對業餘天文學家來說，基本上是不可能的。

現在，有的天文台可以覆蓋整個電磁頻譜。這些最先進的天文台不再只由一個單一機構運作，往往需要涉及到多國科學家的共同努力。

隨著數字時代的到來，幾乎所有數據都會在被獲取不就之後公開。這使得天文學非常「民主」：任何人都能夠重新分析幾乎任何數據集，從而創造新的發現。比如，你也可以查看在人馬座A*附近發現的恆星級黑洞的數據。

這些天文台都產生了驚人的數據量。例如，自1990年哈勃太空望遠鏡運行以來，已完成了超過130萬次的觀測，每周傳輸的原始數據約為20GB，這對於一個設計於1970年代的望遠鏡來說，是十分令人欽佩的。現在位於智利的阿塔卡馬大型毫米波陣列（ALMA），預計每天會能產生2TB的數據。

ALMA的森田陣列。截止2018年4月，利用ALMA的數據已經產生了1000篇通過同行審議的論文。| 圖片來源：ALMA

數據大爆炸

已有的天文學數據檔案已經非常龐大了，但我們即將迎來的會是更加爆炸式的情況。

無論是因為技術改進的原因，還是因為天文學任務變得更大，每一代的天文台通常至少比之前的要靈敏10倍。根據新任務運行的時間長短，它在同一波段能探測到的天體源的數量，是此前任務的數百倍。

例如， 將早期的EGRET伽瑪射線天文台 （於1990年代升空）與NASA的一流任務 Fermi伽瑪射線空間望遠鏡 （於10年前發射）相比， EGRET僅在天空中探測到約190個伽馬射線源，而Fermi的探測數量已經超過5000個。

正在智利建設中的 大型綜合巡天望遠鏡 （LSST）是一種光學望遠鏡，它將每隔幾夜就對整個天空進行拍攝。屆時，它極高的靈敏度，能在每晚產生大約一千萬條警報，從而在10年後產生的目錄數據大小超過15PB（1PB = 1000TB）。

當 平方公里陣 （SKA）在2020年建成之後，將成為世界上最靈敏的望遠鏡，足以探測到建立在距離地球50光年遠的外星文明上的機場雷達站。只需短短的一年，它就能產生比現在整個互聯網還多的數據。

這些雄心勃勃的項目將考驗科學家處理數據的能力。圖像需要可以被自動化處理——這意味著數據需要被減小到易操控的大小、或直接轉變成成品。 新的天文台正在推進計算能力的邊界，它需要的是每天能處理數百TB數據的設施。

解鎖新科學

數據洪流將使天文學變得比以往任何時候都具有協作性和開放性。由於互聯網檔案、強大的學習社區和新的推廣計劃的存在，現在公民都有機會參與科學。例如，通過電腦程序Einstein@Home[3]，任何人都可以用自己的電腦在空閑時間內幫助科學家從合併的黑洞中搜尋引力波。

對科學家來說，這也是一個令人激動人心的時刻。天文學家經常從事的工作是，在寬廣到超出人類生命長度的時間尺度上，研究那些無法在「真實」時間中發生的物理現象。像典型的銀河合併事件可能需要數億的時間年。而我們所能捕捉到的只是一個瞬間，就像車禍視頻中被截取的某一幀。

但是，也有一些現象會出現在更短的時間尺度內，它們僅需幾十年、幾年甚至幾秒鐘的時間就可以發生。這也是為什麼科學家能夠在新的研究中發現一大群的黑洞的原因。

馬里蘭大學的物理學助理教授Eileen Meyer在她的研究中，利用哈勃檔案的數據製作了與「噴流」有關的動態視頻（噴流是從黑洞中噴射出的高速等離子束）。她用超過400張、時間跨度為13年的原始影像，將附近星系M87的噴流製作成視頻。這一視頻首次顯示了等離子體的扭擺運動，表明了噴流具有螺旋結構。

ALMA的森田陣列。截止2018年4月，利用ALMA的數據已經產生了1000篇通過同行審議的論文。| 圖片來源：ALMA

而這項研究之所以成為可能，完全得益於在更早的時候，別的觀測者出於其它目的對她所感興趣的天體進行了拍攝這一事實。隨著天文圖像變得越來越大、解析度越來越高、越來越靈敏，這種研究將會成為常態。

或許將來我們會在那些舊數據中會找到更多有趣、重大的天文發現。

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