Виртуальная обсерватория

Астрофизик Алексей Моисеев об открытых архивах, Слоановском цифровом обзоре неба и изучении галактик волонтерами

03.02.2016
2 366

Астрономы много наблюдают. При этом информация, которую мы получаем, сохраняется. Еще со второй половины XIX века сохранились фотопластинки. В старых обсерваториях есть фотоархивы, которые еще называют стеклянной библиотекой. Это фотопластинки, которые были сняты в XIX веке. У нас, скажем, такие фототеки существуют в старых обсерваториях, в Пулковской обсерватории, в Государственном астрономическом институте им. П.К. Штернберга при МГУ хранится одна из богатейших в мире стеклянных библиотек, полученная в основном на телескопах в Крыму. Эта информация сохраняется. Получается, что, если вам интересно увидеть какой-то объект на небе, надо узнать: а может быть, кто-нибудь его уже пронаблюдал, и вы знаете и звездные величины данной звезды, и как она выглядит, и что это такое.

Позже стали наблюдать с помощью цифровых приемников, ПЗС-матриц, многие видели в интернете красивые картинки — это тоже все сохраняется, в обсерваториях стараются поддерживать эти архивы.

5 книг о галактиках и структуре ВселеннойЧто читать об устройстве Вселенной, эволюции галактик и темной материи, рекомендует астрофизик Ольга Сильченко

Часто оказывается, что вы наблюдали что-то из каких-то своих соображений — например, измеряли красное смещение галактики, измеряли, как меняется блеск той или иной звезды, — а эти же данные можно использовать для других научных целей. Понимание этого факта постепенно привело к тому, что практически во всех обсерваториях архивы являются в той или иной степени открытыми. Вначале, может, были какие-то копирайты-наблюдатели, копирайты-заявители, которые получили данные, имеют право ими распоряжаться, но потом данные идут в открытый архив. Ситуация получилась, наверное, уникальная по сравнению с другими науками. Во всяком случае, я получал такие отзывы от людей, работающих в атомной физике, генетике, где тоже большие объемы данных, которые должны сообществом как-то использоваться. В астрономии идея открытости, доступности данных для всех реализована максимально эффективно.

Очень многое для этого уже в современную эпоху сделал Институт космического телескопа имени Хаббла. Поскольку космический телескоп имени Хаббла на момент запуска коллайдера был самым дорогим научным проектом в истории человечества, в Соединенных Штатах встал вопрос: насколько эффективно используются деньги налогоплательщиков? Мы запустили телескоп, совершили на нем какие-то открытия, они прославили американскую науку, но ведь, наверное, из этих данных можно получить еще какую-то выгоду. Поэтому данные телескопа Хаббла в тот момент стали неким стандартом открытого архива. Ситуация сложилась очень интересная.

Получить наблюдательное время на очень дорогом инструменте может с определенными ограничениями в принципе каждый, но если у вас есть своя интересная научная задача, вы можете найти каких-то коллег в Соединенных Штатах или попробовать самим получить наблюдательное время, то надо проходить очень жесткий конкурс: из 15 заявок на то, чтобы получить это время, проходит только одна. Вы получили время, вам провели наблюдения, и вдруг оказывается, что у вас есть всего год на то, чтобы с этими данными успеть что-то сделать и первыми рассказать об открытых вами интересных эффектах. Дальше, независимо от того, что вы затратили средства, что вы с огромным трудом пробились, данные идут в открытый доступ. Я знаю конкретные случаи, даже конфликтные ситуации, когда авторы, которые с большим трудом пробивались на телескоп, потом переживают, что не успели, что хотели поднакопить еще материала, а кто-то взял данные и с ними что-то сделал. Ничего не поделаешь, данные не должны пропадать.

Этот принцип, лежащий в основе, привел к тому, что постепенно оформилась идея виртуальной обсерватории. Прежде чем смотреть на небо заново в тот или иной телескоп, надо посмотреть через интернет, что для этого участка неба получено на разных обсерваториях в мире. Встал вопрос о создании определенных интерфейсов, определенных способов связать различные типы данных, не всегда понятные не то чтобы непрофессионалу, а человеку, работающему в немного другой области. В той или иной степени это реализовано, в том числе у нас на 6-метровом телескопе САО РАН: есть открытый архив данных, с которым при желании может работать любой человек, использовать те данные, для получения которых люди в свое время проходили через конкурс. У нас, конечно, не телескоп Хаббла, но конкурс наблюдательного времени где-то один к четырем, один к трем. Потом вам дается два года на то, чтобы вы были единственным владельцем этих данных. Через два года данные в открытом доступе.

Все это привело к тому, что сейчас понятие «наблюдательная работа» в астрономии немного сместилось от состояния, когда наблюдатель — это тот, кто находится рядом с телескопом. Сейчас это может быть человек, который умеет хорошо работать с базами данных, умеет обрабатывать наблюдательные данные, понимает, что с ними делать, но при этом берет их из открытых архивов. В частности, с хаббловским телескопом это часто бывает: смотришь в архивах историю того или иного снимка, и оказывается, что были, например, две наблюдательных статьи, которые написали сами авторы данной программы, а потом два десятка работ, которые просто еще раз использовали эти картинки. Кому-то был нужен объект в центре, а другие увидели какую-то интересную галактику сбоку и по ней сделали работу.

Что такое закон Хаббла?Астрофизик Анатолий Засов о далеких галактиках, расширении Вселенной и постоянной Хаббла

Были даже курьезные случаи: мы вместе с коллегой Ольгой Касьяновной Сильченко изучали галактику NGC 7742, которая наблюдалась на хаббловском телескопе, только с целью сделать красивый снимок. Есть проект «Наследие Хаббла», и красивую галактику с кольцом сняли только для него. Мы были первыми, кто использовал этот снимок для научных целей. Также мы с коллегами из Израиля и Южной Африки, Финкельманом и Брошем, использовали для научных целей картинку галактики, сделанный космическим телескопом имени Хаббла очень известный снимок объекта Хога — эллиптической галактики, окруженной красивым голубым кольцом, которую тоже сняли просто для красоты. Через семь лет после того, как был снят снимок, мы решили разобраться, что же это такое, использовали данные с других телескопов, с нашего 6-метрового, но картинку брали с Хаббла.

Апофеозом этого подхода, открытого архива является в данный момент Слоановский обзор неба. Многие, наверное, знают сервисы Google Maps, Google Sky, и большинство красивых, наиболее выразительных картинок Google Sky — это как раз то, что дает Слоановский цифровой обзор неба. Достаточно дорогой проект, несколько американских университетов скинулись и построили 2,5-метровый телескоп, оцифровали четверть неба в очень высоком качестве. Они проводили спектральные наблюдения — получили миллион спектров, приложили большие усилия. И у них тоже было немного времени на то, чтобы снять сливки с этой работы, дальше данные пошли в открытый архив. Поскольку это очень высококачественные снимки, хорошо привязанные к измеряемым потокам, и есть миллион спектров, с которыми можно статистически работать, это привело к тому, что статей, сделанных на этом телескопе, сейчас больше, чем на космическом телескопе имени Хаббла. Это самый цитируемый телескоп в мире, всего лишь 2,5-метровый телескоп, что не так уж много по нынешним временам.

Все это привело еще и к тому, что язык работы с базами данных SQL, который раньше был уделом профессиональных программистов, сейчас перешел в сферу профессиональной астрономии, то есть какими-то азами языка наблюдатель должен владеть, для того чтобы уметь сделать запросы в архив. Это очень важный момент, потому что сейчас, оказывается, когда вы что-то хотите исследовать на том или ином телескопе, вы сперва смотрите, что уже было сделано. А главное, вы не просто читаете статьи каких-то авторов о чем-либо в их интерпретации двадцатилетней, десятилетней или пятилетней давности, но вы можете получить исходные данные, поработать с ними и уже на основании этого сделать вывод, какие еще дополнительные наблюдательные данные вам нужны.

Этот принцип сейчас лежит в основе практически всех астрономических проектов. Сначала те, кто вкладывает большие средства, свой труд, свои знания, имеют право работать с этими данными, но все равно ограниченное по времени. Через некоторое время любой может с этим что-то сделать просто потому, что профессионалов, которые могут работать с данными, значительно больше, чем тех, кто непосредственно основал проект. Это приводит к тому, что очень много интересных работ делается иногда просто на компьютере, не выходя на какие-то новые наблюдения, на новые телескопы.

Российско-американский астроном Игорь Чилингарян и его коллеги в России продвигают подход работы над новыми открытиями путем виртуальной обсерватории. Важно, что материала накоплено уже много, он сохраняется сейчас в хорошем качестве, поэтому практически каждому новому телескопу, каждому новому проекту предъявляются серьезные требования по тому, как будет построен архив наблюдательных данных, как с ним можно будет работать, насколько это будет доступно мировому комьюнити или в данной стране. При этом важно, что все астрономы это хорошо понимают. Конечно, есть разные примеры, которые в той или иной степени регулируются в правовой сфере. Все-таки речь идет о получении уникального материала с авторскими правами. Но важно то, что бо́льшая часть данных все равно открыта. Если у вас есть какие-то свои идеи, оказывается, что вы можете их проверять, исходя из того материала, который мировая астрономия получила за все предыдущие годы. Это очень важный момент, в том числе и для изучения и открытия чего-то нового.

Главы: Многообразие нейтронных звездОтрывок из книги «Суперобъекты: звезды размером с город» астрофизика Сергея Попова об открытии различных типов нейтронных звезд

В связи с этим есть очень интересный проект, начинавшийся как забавная попытка привлечь любителей астрономии и просто желающих помочь профессиональным астрономам. Это проект «Зоопарк галактик», который был реализован где-то лет семь назад, когда на основании снимков цифрового Слоановского обзора неба было предложено проводить классификацию галактик: различать спиральные, эллиптические, некоторые другие типы (сначала это были только спиральные и эллиптические). С одной стороны, можно построить некоторые алгоритмы, которые распознают изображения, и они имеются. С другой стороны, можно пойти по другому пути: предложить большому количеству волонтеров отождествлять галактики. Галактик много, их целый миллион, в каталоге было 900 тысяч, но волонтеров по всему миру найти можно очень много. Понятно, что люди будут разные, оценки будут разные, непрофессиональные. Но если об одной и той же галактике 30 раз получить данные разных людей о том, круглая она или плоская, бо́льшая часть ответит правильно. По этому пути и пошли как раз создатели этого проекта.

Вначале они хотели всего лишь заняться классификацией галактик простым и дешевым способом. Но оказалось, что такой проект имеет очень важный побочный результат: можно открыть что-то новое, то, что не смогла бы обнаружить автоматически классифицирующая машина. В частности, первый и самый громкий случай — открытие объекта Hanny’s Voorwerp, названный в честь голландской учительницы Ханни ван Аркел, которая случайно на снимках Слоановского обзора неба увидела что-то непонятное и зеленое рядом с галактикой, которую она должна была классифицировать. На соответствующем форуме проекта поднялся шум, они начали это обсуждать, начали наблюдать на других телескопах. Это оказался прототип нового класса объектов, сейчас их называют объекты Ханни: когда-то ядро галактики было активно, оно светило и ионизовало окружающий газ, активность по тем или иным причинам прекратилась, а газ все еще светит — мы видим, что он еще светит, потому что облако находится на другом расстоянии, чем ядро галактики. Так любители астрономии помогают профессионалам совершать открытия, работая с архивами. Сейчас проект «Зоопарк галактик» расширился в очень разных направлениях: там предлагается искать гравитационные линзы и классифицировать кратеры на Марсе, пингвинов в Антарктиде. Но принцип использования волонтеров для анализа большого количества изображений оказался очень эффективным и очень интересным, и все желающие могут этим заниматься.

Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории спектроскопии и фотометрии внегалактических объектов Специальной астрофизической обсерватории РАН
Узнал сам? Поделись с друзьями!
    Опубликовано материалов
    03586
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    5 159
  • 2
    Татьяна Тимофеева
    2 600
  • 3
    Роман Бевзенко
    1 502
  • 4
    Сергей Афонцев
    1 487
  • 5
    ПостНаука
    761
  • Новое

  • 5 159
  • 761
  • 2 600
  • 1 487
  • 1 502