太空探索拥有无限可能：大数据介入天文学

　　据国报道，海量数据(603138,股吧)正改变人类观察宇宙的方式。人们一直认为天文学就是一门观测星空的科学，但如今各种来源提供的无尽信息产生了一种分析太空的新途径。

　　最近，在《自然》杂志上发表了两项有趣的新发现：

　　我们早已知道，在银河系的中心包含了一个质量为太阳400万倍的超大质量黑洞——人马座A*（Sgr A*）。根据恒星动力学的理论预测，在人马座A*附近也应该存在大量的恒星级黑洞（一般质量介于5 - 30倍的太阳质量）。通过对钱德拉X射线太空望远镜的数据进行分析，天文学家首次找到了这些黑洞存在的观测证据。

　　位于正中间的是人马座A*，红色圈内是新发现的12个包含了恒星级黑洞的X射线双星，黄色圈内则是其它的X射线源。| 图片来源：NASA/CXC/Columbia Univ。/C。 Hailey et al。

　　研究人员一直相信欧罗巴（Europa，木卫二）在它那红白花斑的冰壳之下有可能埋藏了一个液态海洋。而就在一项刚发表在《自然-天文》的论文中，科学家从伽利略号探测器的数据中找到了欧罗巴将液态水喷射到太空的证据。

　　欧罗巴上的喷泉。| 图片来源：NASA/ESA/K。 RETHERFORD/SWRI

　　这两个看似毫无关联的研究，却有着一个共同之处：两项发现都是基于对长期存档的旧数据进行挖掘时才发现的，而不是来自什么最先进的望远镜。

　　随着“大数据”时代改变了科学研究的方式，像这样的发现只会变得更加普遍。天文学家每天都收集到的新数据量几乎呈指数增长，这通常需要数年的时间才能发现深藏在这些文档中的所有信息。或许，下一个天文学的重大发现就隐藏在这些旧数据中，只是我们还不知道。

　　天文学的演化

　　六十多年前，典型的天文学家通常独自工作，或者在一个小团队中工作。很可能在他们所属的院校机构中，有一台体积庞大的地面光学望远镜供他们使用。

　　他们的观察很大程度上都仅限于光学波段——大致就是肉眼可见的波段。这意味着他们错过了大量天体物理源发出的信号——从低频的射电波一直到高能的伽马射线。在那时的大多数情况下，如果你想从事天文学，那你就必须得是一个学者，或者就是一位喜欢仰望星空的富人，这样才有机会使用一个好的望远镜。

　　旧数据会以照片底片或已出版的目录的形式存储。但从其他天文台获取档案会很困难——而对业余天文学家来说，基本上是不可能的。

　　现在，有的天文台可以覆盖整个电磁频谱。这些最先进的天文台不再只由一个单一机构运作，往往需要涉及到多国科学家的共同努力。

　　随着数字时代的到来，几乎所有数据都会在被获取不就之后公开。这使得天文学非常“民主”：任何人都能够重新分析几乎任何数据集，从而创造新的发现。比如，你也可以查看在人马座A*附近发现的恒星级黑洞的数据。

　　这些天文台都产生了惊人的数据量。例如，自1990年哈勃太空望远镜运行以来，已完成了超过130万次的观测，每周传输的原始数据约为20GB，这对于一个设计于1970年代的望远镜来说，是十分令人钦佩的。现在位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA），预计每天会能产生2TB的数据。

　　ALMA的森田阵列。截止2018年4月，利用ALMA的数据已经产生了1000篇通过同行审议的论文。| 图片来源：ALMA

　　数据大爆炸

　　已有的天文学数据档案已经非常庞大了，但我们即将迎来的会是更加爆炸式的情况。

　　无论是因为技术改进的原因，还是因为天文学任务变得更大，每一代的天文台通常至少比之前的要灵敏10倍。根据新任务运行的时间长短，它在同一波段能探测到的天体源的数量，是此前任务的数百倍。

　　例如，将早期的EGRET伽玛射线天文台（于1990年代升空）与NASA的一流任务Fermi伽玛射线空间望远镜（于10年前发射）相比， EGRET仅在天空中探测到约190个伽马射线源，而Fermi的探测数量已经超过5000个。

　　正在智利建设中的大型综合巡天望远镜（LSST）是一种光学望远镜，它将每隔几夜就对整个天空进行拍摄。届时，它极高的灵敏度，能在每晚产生大约一千万条警报，从而在10年后产生的目录数据大小超过15PB（1PB = 1000TB）。