那些活躍在科研領(lǐng)域的中國天文愛好者 | 天問專欄
?觀測星空的不僅有天文工作者，還有天文愛好者。圖片來源：pixabay
導(dǎo)讀：
“天文愛好者”和“天文工作者”是兩個看似相關(guān)，但又有諸多不同的群體。他們都對頭頂上的星空感興趣，但從事的活動卻不大一樣。作為天文工作者，我身邊的同事大多將“天文愛好者”與“天體攝影愛好者”劃等號，而我認識的許多天文愛好者則傾向于認為職業(yè)天文學(xué)研究需要高深的數(shù)理知識，而且枯燥無味。
但實際上，在天文愛好者群體中，有這樣一部分“鐵桿”，他們雖然不以天文研究為職業(yè)，但卻對天文的某個問題抱有很高的熱情。如果用“論文發(fā)表數(shù)”等學(xué)界常用的指標(biāo)來衡量，他們也許不太容易被注意到，但卻靠著自己的興趣和努力，為拓展人類知識的疆界作出獨到的貢獻，并在這一過程中自得其樂。
職業(yè)科學(xué)家們也逐漸意識到，“公眾科學(xué)家”(citizen scientist)群體[1]不僅是科學(xué)傳播非常重要的一個組成部分，還有力地補充了職業(yè)科學(xué)家無力或無暇顧及的領(lǐng)域，其中天文學(xué)便是公眾科學(xué)一個歷史悠久的分支。
放眼國際，主要科學(xué)大國都有著成熟的公眾科學(xué)家群體，與職業(yè)科學(xué)家有著頻繁互動。比如在美國，知識儲備及專業(yè)水平能與職業(yè)天文學(xué)家不相上下的“準(zhǔn)專業(yè)”天文愛好者約有500人規(guī)模[2]。但在我國，“公眾科學(xué)”和“公眾科學(xué)家”是個相對新穎的概念。這些活躍在科研領(lǐng)域的天文愛好者在做什么？能做什么？本期《天問》專欄帶你一探究竟。
撰文 | 葉泉志（加州理工學(xué)院）
責(zé)編 | 呂浩然
天問專
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何謂“職業(yè)”，何謂“業(yè)余”？
“職業(yè)”和“業(yè)余”天文工作者的劃分最早出現(xiàn)于十八世紀末的歐洲，原本的區(qū)別并不大。歷史上，“業(yè)余”的天文愛好者曾經(jīng)作出過很多重要貢獻，比如發(fā)現(xiàn)天王星的赫歇爾（Friedrich Wilhelm Herschel，1738 - 1822）、探索天體攝影術(shù)的拉瑟弗德（Lewis Morris Rutherfurd，1816 - 1892）等。
但二十世紀以來，人類的知識體系大幅度完善和精細化，包括天文學(xué)在內(nèi)的科學(xué)研究逐漸成為國家主導(dǎo)的活動，天文學(xué)家也成為高度正規(guī)化和專業(yè)化的職業(yè)，大量新的大型天文學(xué)裝置成為主要的研究工具，使得業(yè)余愛好者逐漸退出科學(xué)研究的核心舞臺。
然而，歷史的進程總是有趣的。隨著人類進入信息化時代，科學(xué)數(shù)據(jù)開放共享成為主流。加上個人電腦和互聯(lián)網(wǎng)的普及，愛好者們也能輕易獲得以前只有專業(yè)天文學(xué)家能夠接觸到的海量天文數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)蘊含著大量的科學(xué)信息，職業(yè)天文學(xué)家往往只能消化其中某些研究方向的數(shù)據(jù)，這也為愛好者留下了空間。光學(xué)及電子設(shè)備的小型化，使得愛好者也能輕易獲得。高質(zhì)量的天文照片如今高端愛好者級別的設(shè)備已經(jīng)能在一定程度上挑戰(zhàn)三四十年前大型光學(xué)望遠鏡才能獲得的照片。
而“時域天文學(xué)”概念的興起，讓地理分布廣泛的天文愛好者群體獲得了職業(yè)天文學(xué)家很難具備的優(yōu)勢。此外，國家支持的科學(xué)研究難免讓職業(yè)科學(xué)家集中于“熱門”領(lǐng)域，留下了“冷門”但同樣有趣的問題待有心人來填補。
?仙女座星系，帕洛瑪天文臺1.2米施密特望遠鏡的開光照片，攝于1948年，圖片來源：Palomar/Caltech
?同樣是仙女座星系，加拿大愛好者Torben Hansen使用口徑8厘米的折射鏡以及佳能50D單反相機攝于2011年，圖片來源：Torben Hansen
“天學(xué)”在我國古代為帝王之術(shù)，因此古代不大可能有現(xiàn)代意義上的“天文愛好者”這一概念。大家熟知的最早的關(guān)于中國天文愛好者的工作，可能當(dāng)屬段元星在1975年獨立發(fā)現(xiàn)天鵝座新星（V1500 Cyg）。目前已知的、上世紀八十至九十年代中國天文愛好者的工作，大多集中在太陽系天體的搜尋和觀測上，比如新疆周興明對新彗星的搜尋、武漢歐陽天晶對流星活動的無線電觀測、廈門陳棟華對流星雨的目視觀測等。下面我們會注意到，太陽系天體的觀測是愛好者比較集中的領(lǐng)域，因為太陽系天體時域特征很強，而且觀測手段相對簡單，愛好者大有用武之地。
互聯(lián)網(wǎng)時代的到來極大地改變了業(yè)余天文學(xué)的版圖。愛好者與職業(yè)工作者之間的互動達到了前所未有的程度。這一互動不僅包括人與人的互動（比如愛好者與職業(yè)科學(xué)家在論壇上的討論、電子郵件往來、以及正式與非正式的會議交流等），還包括愛好者對天文大數(shù)據(jù)的接觸，歐美學(xué)界將這一種互動稱為專業(yè)-業(yè)余合作（Pro-Am Collaboration[3]）。Pro-Am最早是體育圈里的用詞，指職業(yè)選手和業(yè)余選手同場競技，用在公眾科學(xué)里十分合適。
參與科研的中國天文愛好者
目前，天文愛好者參與科研的方式主要有兩種：一種是利用自己的設(shè)備參與科學(xué)研究；另一種是在公開發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中挖掘?！白詭淦鳌眳⑴c科研這種方式可以上溯到赫歇爾時代，但互聯(lián)網(wǎng)使得信息交流便捷了很多，不同地域的愛好者與職業(yè)科學(xué)家可以高效地交換信息，并在短時間內(nèi)組織對特定天文現(xiàn)象的觀測。
顯然，這對流星雨、近地小行星、超新星等時域天文事件最為有效。一個很好的例子是對即將撞擊地球的小行星2008 TC3的觀測：從小行星被發(fā)現(xiàn)到撞擊地球的短短20小時之內(nèi)，世界各地的觀測者一共貢獻了883條測量數(shù)據(jù)，其中絕大部分來自愛好者。
在公開發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中“尋寶”則是互聯(lián)網(wǎng)時代的新現(xiàn)象。而根據(jù)愛好者角色的不同，又可以分成兩種：一種是愛好者自發(fā)進行的研究，比如在數(shù)據(jù)庫中搜尋新天體或分析某星體的參數(shù)等；另一種是愛好者按照職業(yè)天文學(xué)家的指引完成某些任務(wù)，比如星系動物園計劃（Galaxy Zoo[4]）、行星獵手計劃（Planet Hunters[5]）等。像SETI@home[6]這樣以貢獻空閑的計算資源來參與科研的研究活動屬于后一種參與方式。
SETI@home可能是我國天文愛好者最早參與的網(wǎng)絡(luò)公眾天文學(xué)項目。SETI@home自1999年5月開始運行，由加州大學(xué)伯克利分校主持，目的是用世界各地個人電腦上空閑的計算資源分析阿雷西博及綠岸望遠鏡采集的數(shù)據(jù)，以搜尋地外智慧生物發(fā)來的訊息。我沒有考證SETI@home在中國的歷史，但我自己也曾是SETI@home的早期（2000年前后）志愿者之一，相信當(dāng)時SETI@home在國內(nèi)已有一定規(guī)模的用戶群體。
最早在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫里搜尋并成功發(fā)現(xiàn)新天體的是新疆博樂的周興明，他在和國內(nèi)外愛好者交流中得知太陽和太陽風(fēng)層探測器（Solar and Heliospheric Observatory, SOHO）的數(shù)據(jù)可用于搜尋彗星，并在2000年12月成功發(fā)現(xiàn)彗星C/2000 X4。到2013年8月止，我國共有25位愛好者成功在SOHO探測器的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)過彗星，占全球發(fā)現(xiàn)者總數(shù)的四分之一，其中陜西的周波以287顆彗星的總發(fā)現(xiàn)數(shù)居全球“彗星獵手”排行榜之首。
隨著這一活動的深入，愛好者的搜尋范圍也不局限于SOHO數(shù)據(jù)，其它比較有名的例子是亞利桑那大學(xué)Spacewatch的“快速移動天體”（Fast Moving Object, FMO）計劃（由亞利桑那大學(xué)的天文學(xué)家主持）以及JPL的“近地小行星追蹤”（Near-Earth Asteroid Tracking, NEAT）計劃（由愛好者自發(fā)進行），我國愛好者利用這些數(shù)據(jù)庫已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近700顆小行星。
從上世紀九十年代末開始，遠程觀測及程控自主天文臺技術(shù)（Robotic Autonomous Observatory）開始在天文愛好者中流行起來。2007年，烏魯木齊的天文愛好者高興在中科院新疆天文臺以及眾多同好的支持和幫助下，在新疆天文臺南山基地建立了星明天文臺，這是我國第一座穩(wěn)定運行的業(yè)余程控天文臺。星明天文臺運行超過10年的“星明巡天計劃”（Xingming Observatory Sky Survey，XOSS）對北天進行反復(fù)觀測，供各地愛好者自由搜尋新天體。
至今，全國各地的愛好者已經(jīng)在星明天文臺的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了約50顆超新星、3顆新彗星以及超過100顆小行星。除了為想?yún)⑴c科研的愛好者提供平臺以外，星明天文臺還促進了國內(nèi)外職業(yè)天文工作者、業(yè)余天文愛好者與公眾之間的互動。杭州天文愛好者陳嵩等人，借助本職工作的專業(yè)背景，設(shè)計并制造了一臺50厘米口徑的大視場望遠鏡，并捐贈給星明天文臺使用。
星明天文臺與中科院中國虛擬天文臺合作的“公眾超新星搜尋項目”，由星明天文臺提供觀測數(shù)據(jù)，中國虛擬天文臺的科學(xué)家開發(fā)了軟件及前端，迄今已經(jīng)吸引了近一萬人參與，共發(fā)現(xiàn)超新星22顆。
清華大學(xué)、中科院云南天文臺等單位的天文學(xué)家多次協(xié)助確認“星明巡天計劃”發(fā)現(xiàn)的超新星，而星明天文臺也借助經(jīng)度優(yōu)勢，幫助確認紫金山天文臺發(fā)現(xiàn)的近地小行星。到目前為止，星明天文臺的數(shù)據(jù)一共產(chǎn)生了15篇學(xué)術(shù)論文。職業(yè)科學(xué)家們?yōu)樾敲魈煳呐_提供了發(fā)展環(huán)境和空間，并和天文愛好者展開了良好互動，成就了我國公眾科學(xué)史上的一段佳話。
?星明天文臺的半米望遠鏡（Half-Meter Telescope, HMT），國內(nèi)天文愛好者制作的口徑最大的設(shè)備之一，由杭州天文愛好者陳嵩等人發(fā)起設(shè)計、制造及組裝，目前已發(fā)現(xiàn)了十多顆小行星。圖片來源：星明天文臺。
?星明天文臺與世界其他地區(qū)的天文臺聯(lián)合觀測仙女座星系中的一顆新星，并貢獻了2010年10月一次爆發(fā)中的多數(shù)數(shù)據(jù)點。圖片來自Henze等[7]。
在星明天文臺建立之后，我國的業(yè)余程控天文臺如雨后春筍般涌現(xiàn)。到目前為止，各地愛好者已建立了至少20座永久性的業(yè)余程控天文臺。大多數(shù)的程控天文臺主要被用于天體攝影，但也有部分程控天文臺在進行除攝影以外的觀測，比如西藏阿里的北冕天文臺進行小行星、超新星搜索，蘇州綠野天文臺進行小行星自轉(zhuǎn)觀測，陜西敷山天文臺協(xié)助星明天文臺進行超新星候選體確認等等。
?2012-2017年間有向國際小行星中心上報觀測數(shù)據(jù)的內(nèi)地天文臺站。藍色圓點為專業(yè)臺站，綠色圓點為業(yè)余臺站，藍綠各半的圓點表示此地既有專業(yè)也有業(yè)余臺站。港澳臺地區(qū)及國外臺站以灰色圓點表示。圖片來自作者本人。
除了常規(guī)的望遠鏡光學(xué)觀測以外，流星觀測也是近年我國天文愛好者熱衷的方向之一。早在上世紀八十年代，我國愛好者就參與了紫金山天文臺組織的針對寶瓶座η流星雨的觀測[8]。近年來，隨著電子設(shè)備的小型化和網(wǎng)絡(luò)化，攝像觀測已經(jīng)基本取代了傳統(tǒng)的目視觀測目前國內(nèi)天文愛好者已經(jīng)在北京、珠江三角洲、山東青島、新疆烏魯木齊和西藏阿里地區(qū)建立了至少5個流星視頻監(jiān)測網(wǎng)。除了目視和視頻觀測以外，武漢的歐陽天晶、大慶的張學(xué)軍以及廣東流星監(jiān)測網(wǎng)也進行無線電流星觀測，并曾與日本天文愛好者進行聯(lián)合觀測。
在以上介紹的方向之外，還有愛好者在其他領(lǐng)域有所建樹，如研究脈沖星磁場震蕩模型并發(fā)表多篇論文的梁助興、考證小行星命名歷史的林景明、潘鼐，受篇幅所限，這里就不展開介紹了。
中國天文愛好者的未來
我國活躍于科研的天文愛好者群體在過去數(shù)十年間從無到有，在新天體發(fā)現(xiàn)上成績尤為顯著，這是可圈可點的。但另一方面，我們也應(yīng)注意到，除了單純搜尋新天體之外，還有許多很有意思的問題，值得靜下心來深入挖掘。愛好者大量扎堆于“短平快”的項目，長期來說不利于我國業(yè)余天文的發(fā)展。
在公眾科學(xué)更為成熟的歐美國家和日本，“干一行、精一行”的愛好者并不少見。比如美國愛好者Bill Gray對天體力學(xué)有很深的造詣，他編寫的FindOrb軌道計算程序是小天體軌道計算的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，在近地小行星研究中經(jīng)常被使用；英國愛好者Peter Birtwhistle自2002年起就致力于進行新發(fā)現(xiàn)的近地小行星跟蹤工作，15年間協(xié)助定軌的近地小行星數(shù)目竟達5000多顆，他本人也籍此以個人身份加入了聯(lián)合國下屬的國際小行星警戒網(wǎng)（International Asteroid Warning Network）。
此外，德國愛好者Rainer Kracht對掠日彗星嚴謹而扎實的工作不僅讓他發(fā)現(xiàn)了以他的名字命名的彗星族，還受邀參加了多個與掠日彗星有關(guān)的研究項目；日本愛好者吉田誠一搜集整理彗星數(shù)據(jù)二十余年，他維護的吉田彗星網(wǎng)是彗星領(lǐng)域最完整的彗星光變數(shù)據(jù)庫，被職業(yè)天文學(xué)家大量引用；美國愛好者David Bishop自1997年開始整理并歸檔所有的超新星發(fā)現(xiàn)，所維護的羅切斯特超新星數(shù)據(jù)庫也經(jīng)常被職業(yè)天文學(xué)家使用。
這些“骨灰級”愛好者的出現(xiàn)，和歐美國家職業(yè)科學(xué)家對科學(xué)愛好者的高度包容和鼓勵是分不開的。這體現(xiàn)在頻繁的專業(yè)-業(yè)余互動上，不僅包括線上（郵件往來）線下（學(xué)術(shù)會議）的互動，還包括創(chuàng)辦鼓勵專業(yè)科學(xué)家及愛好者之間、以同行評議等“行規(guī)”嚴肅交流研究成果的刊物，以及建立相關(guān)的學(xué)術(shù)組織促進職業(yè)科學(xué)家和愛好者之間的交流等等。這種交流并不是單向的，Gray、Birthwhistle等人的例子表明，職業(yè)科學(xué)研究也直接受惠于愛好者的貢獻。
盡管歐美國家也有“民科”，但所造成的雜音完全被職業(yè)科學(xué)家和科學(xué)愛好者的和諧互動所淹沒。
?部分供愛好者進行交流的同行評議刊物，以及中國籍作者的發(fā)表比例?？梢钥吹街袊鴲酆谜吆苌僦鲃訁⑴c國際愛好者間同行評議級別的研究。圖片來自作者本人。
為什么我國的公眾天文和歐美國家有很大的差距呢？我認為，關(guān)鍵原因在于我們對“業(yè)余天文”的認識有失偏頗。
作為從天文愛好者成長起來的天文工作者，我有一點感受：無論天文工作者，還是天文愛好者，都普遍認為“業(yè)余天文”等于“天文攝影”和“科普宣傳”，沒有充分認識到業(yè)余天文（以及其背后的公眾科學(xué)）可以做很多很有科學(xué)價值和社會價值的事。
我曾嘗試和一位國內(nèi)同事介紹星明巡天的工作，對方回了一句：“那個不是業(yè)余的東西嘛?！蔽乙苍ㄗh國內(nèi)一位資深愛好者參加一個專業(yè)-業(yè)余互動的會議，回應(yīng)是“那個不是專業(yè)的科研人員才去的？”就我的觀察來看，這兩位的態(tài)度在各自的群體中都有相當(dāng)?shù)拇硇?。要改善這種局面，首先需要我們能把公眾科學(xué)家和科學(xué)愛好者納入科學(xué)共同體，鼓勵和引導(dǎo)他們認真地發(fā)掘自己的興趣，而不是簡單地把他們視為“教育對象”。
當(dāng)然，公平地說，許多接觸科研一線的天文愛好者主要活躍于行星天文領(lǐng)域。與歐美國家相比，我國在這個領(lǐng)域相對薄弱，能提供的支持暫時不能和歐美國家相比。但在公眾與科學(xué)界關(guān)系日益緊密的今天，尤其在多學(xué)科交叉和大科學(xué)數(shù)據(jù)的時代背景下，鼓勵有興趣、有能力的愛好者參與科學(xué)共同體的活動，對完善我國的科學(xué)學(xué)術(shù)生態(tài)圈，讓大家明白“科學(xué)意識”和“科學(xué)思維”是什么，有著非常重要的意義。
這一方面，歐美國家的成功經(jīng)驗值得我們的參考和借鑒。我在這里以三點想法作為本文結(jié)語，希望能起到拋磚引玉的效果：
作者簡介
葉泉志，2016年畢業(yè)于西安大略大學(xué)，現(xiàn)為加州理工學(xué)院ZTF/GROWTH學(xué)者。主要研究方向為行星天文學(xué)。研究興趣包括太陽系小天體、天文臺選址及公眾科學(xué)。
獲獎名單
王樹強
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· 注釋：
[1].也稱為“公民科學(xué)家”。應(yīng)該注意，“公眾科學(xué)家”和所謂的“民間科學(xué)家”或“民科”（crank）是不同的。公眾科學(xué)家學(xué)習(xí)并使用科學(xué)方法來進行探索和研究，是科學(xué)共同體的一部分；而“民科”不了解也不接受正規(guī)的科學(xué)學(xué)習(xí)及訓(xùn)練，所謂“研究”往往缺乏定量分析和實證研究。
[2]. Gada et al. 2000, ASP Conference Proceedings, 220, 14
[3]. Pro-am最早來自于professional（專業(yè)）和amateur（業(yè)余）兩個單詞的結(jié)合，但現(xiàn)在一般作為單個單詞使用，不需要擴寫成professional-amateur。
[4]. https://www.zooniverse.org/
[5]. https://www.planethunters.org/
[6]. http://setiathome.berkeley.edu/
[7]. Henze et al. (2013): “Supersoft X-rays reveal a classical nova in the M 31 globular cluster Bol 126”, A&A, 549, A120.
[8]. 馮占良，徐品新（1990）：“寶瓶 η 流星雨目視觀測結(jié)果的歸算和分析”，天文學(xué)報，31，245.
· 拓展閱讀：
[1]. 葉泉志，業(yè)余天文學(xué)在中國：現(xiàn)狀與未來，《天文研究與技術(shù)》, 2018, 15: 245-256.
[2]. Marshall PJ, Lintott CJ, Fletcher LN: Ideas for Citizen Science in Astronomy: Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 2015, 53: 247-278.
制版編輯：楊梟｜
