中國空間站工程巡天望遠鏡(CSST)是大型空間天文望遠鏡,口徑2米,兼具大視場,多波段和高像質的優異性能,並具備在軌維修升級的能力。CSST以大規模天文巡天為主任務,有望在宇宙學、星系、銀河系、恒星以及行星等多個天體物理領域取得重大科學發現,其産生的數十PB數據也將為天文計算交叉學科領域帶來挑戰和機遇,我們將迎來太空巡天的黃金時代。
空間望遠鏡有着地面望遠鏡無法媲美的觀測優勢,非常適合於天文學研究。美國的哈勃空間望遠鏡是一台通用型望遠鏡,而中國空間站望遠鏡是一台巡天望遠鏡。那麼,我國為什麼要研製一台空間巡天望遠鏡呢?
天文觀測可以分為兩類:普查和精測,兩者互為補充,巡天就是對宇宙天體進行普查。20世紀70年代以前,天文學的重點是恒星物理的精測研究,主要用4~5米級口徑的光學望遠鏡開展天體的光譜觀測。20世紀下半葉,天文研究的戰略方向開始發生轉移。類星體、宇宙微波背景輻射、宇宙大尺度結構及暗物質和暗能量等重大發現對巡天觀測提出科學需求。
另一方面,近幾十年來探測器、大數據、高速網絡、高速計算機技術、光纖技術、計算機模擬技術、空間技術等革命性的技術進步為光學大巡天準備了條件。
目前世界範圍內有三大空間巡天計劃:美國的WFIRST,歐洲的EUCLID,以及中國空間站巡天望遠鏡CSST。其中,中國空間巡天望遠鏡的成像質量、巡天面積、波段數量、極限星等、光譜等性能是世界一流的。
我認為,CSST的巡天數據圖像不應當鎖在象牙塔,只供天文學家研究,應當向全社會公開,要讓公眾參與,了解宇宙。社會公眾從單純地“觀看”宇宙到“參與”對宇宙的研究,是對公眾進行科學宇宙觀教育的最好方式,同時也可以推動公眾科學素質提高。
當前已經進入太空巡天的黃金時代,科學家需要大樣本的天文學數據來研究宇宙的起源和演化,而CSST看宇宙的分辨率是0.1角秒,相當於看見2公里遠的小米,清晰度比肉眼高2000倍,它的靈敏度可以觀測26~27等星,比肉眼靈敏1億倍。
同時,計算機技術的發展和數字化也讓處理海量數據變得更加容易。上世紀80年代,購買300MB的存儲器就要花3000美元,今天1TB的存儲器只要幾十美元。
根據測算,CSST每天觀測300次,將産生海量的科學數據,要處理的圖像超過7.2萬幅,但是在技術發展的“加持”下,存儲器已經不是一件難事。
CSST目前已經佔有“天時地利”,只缺“人和”,需要數以萬計的科學家來處理海量科學數據。
隨着同一視場多種顏色以及不同時間觀測到的圖像越來越多,需要同時處理同一視場的各次曝光的圖像,如尋找小行星,發現超新星、超高速星,合成彩色圖像等。但現階段國內天文工作者還不多,而人在處理科學數據中有着不可替代的重要作用。
因此,我呼籲發動全社會參與CSST圖像資源開發。社會中有中學生和社會天文愛好者兩類豐富的資源,可以充分利用。例如美國天文學家米爾頓·赫馬森,他原本是天文&看門人,但通過自己的努力,成為了哈勃的首席助理和觀星師,這充分證明社會天文愛好者也是“臥虎藏龍”。
事實上,公眾參與天文學研究,也不是什麼新鮮事。由國家天文科學數據中心基於真實天文科學數據策劃並實施的“引力透鏡搜尋公眾科學項目”正式啟動,中學生、天文愛好者都可勝任。在國際上,Galaxy Zoo公民科學項目也一直進行,並有了很多有趣的科學發現。
CSST有兩部分工作,一部分需要艱深的知識,還有一部分靠人眼發現很多有價值的天體。CSST獲得的海量天文圖像是巨大的科學寶庫,人眼觀察天文圖片的作用是計算機圖像處理所不能替代的,發動全社會參與CSST圖像資源開發是開展全社會宇宙觀教育的偉大工程。
為了鼓勵公眾積極參與,我認為公眾的發現也可以出版圖書、發表論文。在目前的條件下,可以準備專用的交互式目視天文圖像處理軟體,自動生成統一格式成果上報報告,同時開展培訓進行網上教程,每年舉行一次成果交流會。
我希望這項工作可以逐步推進,如果做成了,將提升全民科學素質。這是一項至少歷時10年的偉大科學工程、偉大科普工程和偉大人才工程。
作者:陳建生,係中國科學院院士