大数据,引领天文科普教育未来新方向

发布时间:
2019-09-09 17:13
修改时间:
2019-09-09 17:15
文章类别:
VO新闻
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164
 
     2019年8月21-23日,第六届中国科学数据大会在贵阳召开。大会首次设立了“数据驱动的科普教育”分会场。来自中科院国家天文台、中科院计算机网络信息中心、中国科普研究所、军事科学信息研究中心、中科院国家空间科学中心、华中师范大学、上海天文馆、腾讯科普等各领域的专家做了精彩的报告分享,探讨如何充分挖掘科学数据的科普教育价值,利用新的技术、方法、手段和模式来开展科普教育活动,带来一场干货满满、思维碰撞的盛宴,为国内科普教育领域工作者打开了新的视野。
 
国家天文台党委副书记石硕博士做特邀报告,从国家天文台科学传播工作的实践出发,介绍数据驱动的融媒体天文科学传播
 
     会上不少与天文学相关的报告引起了在座听众的兴趣。事实上,天文学与许多学科类似,正在信息与计算技术等新兴科技的驱动下发生着根本性的变革。天文数据正在以前所未有的速度增长着。2009年正式投入运行的LAMOST光谱巡天望远镜每晚拍摄数万条天体的光谱,产生20GB的光谱数据;中国天眼FAST每年可产生10-15PB产品数据;国际上大口径全天巡视望远镜(LSST)投入运行后预计每晚产生15TB的原始观测数据……这些数据不但是天文研究的资源,也是科普教育不可多得的宝贵财富。
 
 
     数据是天文学研究中不可或缺的部分。无论是在用肉眼观察、刻绘壁画做记录的古代,还是在发射太空望远镜、建设庞大数据中心的今天,观测获取数据、归档整理数据、研究数据并形成科学模型的天文学研究思路始终未变。这也赋予了数据在天文科学研究中独特而重要的地位。与此同时,天文学家始终坚持的数据开放、共享的态度,使得天文数据在大众科普教育领域有着超乎想象的可挖掘潜力。
 
在球幕环境中展示天文数据
 
     数据驱动的天文科普教育,就是使用或者围绕天文数据开展的天文科普教育活动或项目。比如使用天文数据可视化后的图片进行科普教育,用天文数据作为素材进行主题科普教育活动或项目(全民科学项目),天文数据可视化的软件工具或平台(如万维望远镜)、天文数据展示场所(如天象厅、天文教室等)。
此类活动或项目最主要的目标是开展天文科学传播和教育,联合天文学家和天文教育工作者进行跨领域跨行业合作,以面向最广泛公众的服务态度来进行项目设计和开发。它们通常有以下特点:能够将复杂的理论、数据等简单化;将抽象的流程、概念等清晰化;让天文学知识变得更加易懂易用,为天文科普教育创造更便捷有效的途径和环境。由于迎合了大数据、互联网的社会发展趋势,同时与STEAM教育理念高度契合,此类项目在全世界范围内不断涌现,发展迅速,取得了良好的科普教育效果。
 
IAU数据驱动的天文科普教育工作组生态架构
 
     2017年4月,国际天文学联合会(简称IAU)跨委员会联合工作组数据驱动的天文科普教育(Data Driven Astronomy Education and Public Outreach, DAEPO)工作组完成组建并通过IAU审核。工作组的成立意味着这一理念在国际上已经得到了广泛的认同。
 
 
SETI@Home
主办方:加州大学伯克利分校
项目时间:1999年至今
官方网站:https://setiathome.ssl.berkeley.edu/
 
     数据驱动的天文科普教育理念提出时间虽然不长,但历史却可以追溯到上个世纪。早期影响力较大、有代表性的此类项目是由天文学家在1999年发起的科学实验SETI@Home。项目号召参与者利用个人电脑的空闲时间分析宇宙信号,帮助寻找外星智慧生命。当时,快速发展的天文望远镜获得了大量观测数据。但限于计算机处理能力不足,天文学家们便开发了一个小程序,让爱好者可以在自己的电脑上分析观测数据,帮助科学家进行数据处理。由于参与方式简单,目标清晰且对公众有较大的吸引力,该项目上线不久便获得巨大成功。时至今日,已有上千万的爱好者参与其中。
 
SETI@Home在个人电脑上运行时的界面
 
     该项目的成功催生了一些类似的全民科学项目,即利用个人电脑帮助科学家分析科学数据。如Stardust@home、Einstein@home、Cosmology@Home等,为公众参与天文学研究提供了新的途径和方式。中科院高能所还推出了CAS@Home(中科院@Home)。然而这类项目本质上是出于科研目的,服务于科学家,对公众天文科普教育只能起到兴趣引导的作用。除非用户主动进行相关知识的搜索和学习,否则无法从中获取任何天文知识。直到二十一世纪,更具有代表性的全民科学项目出现,逐渐弥补了这一缺陷。
 
 
星系动物园
主办方:ZOONIVERSE
项目时间:2007年7月至今
官方网站:https://www.zooniverse.org/projects/zookeeper/galaxy-zoo
 
     上千亿星系散落在可观测宇宙中,它们大小不一,形态各异,而对其分类的研究对科学家了解宇宙演化、星系之间的相互作用都十分重要。几十年来,全世界的望远镜观测项目(如斯隆数字化巡天、哈勃空间望远镜等)拍摄了大量星系照片,但是现有专业天文学研究资源,不足以将所有照片中的星系进行准确的分类。一些天文学家和科普教育工作者希望能借助大众的力量完成这一工作,著名的全民科学项目——星系动物园便诞生了
 
星系动物园项目进行星系分类的界面
 
     星系动物园项目将专业望远镜观测获得的星系图片切分好后放到网上,供爱好者和社会公众浏览并判断图片上的星系类型。是旋涡星系?还是棒旋星系?又或者是椭圆星系?不规则星系?用户判断的结果经项目组审核并收集,再交由专业天文学家使用进行科学研究。该项目于2007年上线,已经运行超过十年,超过百万人参与,在全世界有着较大的影响力,并产生了包括哈尼天体在内的多项科研成果。
团队所属组织宇宙乐园(Zooniverse)也陆续与其他天文学家合作,开发了包括行星猎人(Planet Hunters TESS)、太阳风暴守望者(SOLAR STORMWATCH)在内20多个基于真实天文观测数据的公众科学项目,形成了一套较为成熟的从科普到科研的体系流程,使得每一个参与者都能各取所需,各得其益。
 
 
超新星搜寻项目
主办方:星明天文台 中国虚拟天文台(China-VO)
项目时间:2015年8月至今
官方网站:http://psp.china-vo.org/
 
     在我国,由星明天文台和中国虚拟天文台(China-VO)合作开展的面向普通大众的宇宙新天体搜寻项目——公众超新星搜寻(PSP)与星系动物园有一定相似之处。星明天文台观测获得的数据经过专业处理后放到中国虚拟天文台的网站上。网友在线对比当晚新拍摄的图片和历史上同一天区的图片,并寻找不同之处,如果发现突然增亮的地方——它可能就是一颗刚刚爆发的超新星。
 
 
     网友参与的部分非常简单基础,就好像一个“找不同”的游戏,但背后支撑该项目运作,并最终确定超新星发现的团队却需要做大量复杂严谨的科学工作。这也是此类项目的共同特点。上线至今,超新星搜寻项目已经发现并确认了15颗超新星及4颗河外新星,最小的发现者年仅十岁
 
 
万维望远镜
主办方:微软研究院
项目时间:2008年5月至今
官方网站:http://wwt.china-vo.org/ (万维望远镜中国社区)
 
     而在天文科普教育领域能够发挥更大作用的,还是众多数据可视化平台。比如较为知名的万维望远镜(Worldwide Telescope)、虚拟天文馆(Stellarium)、Celestia等。相比之前提到的全民科学项目,它们开发时主要考虑了大众的需求,而不是为了满足某一科学项目的研究需要。平台界面友好,内容丰富,包含一个到多个真实天文望远镜观测获得的天文数据集,可以进行实时数据可视化,呈现给使用者逼真震撼的天文图景。
 
万维望远镜平台中展现嫦娥二号月球数据
 
     比如之前提到的万维望远镜,便是其中的佼佼者。由于包含大量的真实天文数据、能够支持三维模型导入、轨道可视化以及拥有独特的漫游互动功能,用户在掌握了一定的天文知识后,可以不仅仅用它浏览天文数据宇宙星空,还能动手制作,创造属于自己的天文故事或展示天文科研成果。中国虚拟天文台团队十年来持续该平台的开发更新,使其能够在球幕、弧幕、体感、VR等不同平台上呈现最震撼的天文数据。同时,团队还围绕其组织教师培训、开发天文兴趣课程体系、组织漫游比赛等,形成了较为健康完整的天文科普生态环境。
 
 基于万维望远镜平台开发的《小学天文教学》课程
 
 
 
     天文学是六大基础科学之一。天文学知识的普及和传播,是提升全民科学素质重要的一部分。近些年来,随着社会经济的不断发展,党和国家也越来越重视全民科学素质的提升。2016年3月,国务院办公厅印发了《全民科学素质行动计划纲要实施方案(2016-2020年)》,对“十三五”期间中国公民科学素质实现跨越提升做出总体部署。而作为国家天文台的科研人员,在承担起国家科研任务的同时,也始终牢记自己的社会责任。
2018年,世界公众科学素质促进大会在北京召开,国家天文台牵头策划了 “人类命运共同体的‘星’征程”分论坛,并持续推进落实相关工作。数据驱动的天文科普教育就是其中亮点之一。随着大数据及“互联网+”时代的到来,航空航天、望远镜相关技术及数据存储技术的不断发展,数据这一天文学研究最基础的“原材料”将会继续源源不断地累积,为科学研究提供充沛资源的同时,也必定会为科普教育提供更多的可能性和机遇。
 
 
 
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Ms. Yang Hanxi
(文章作者:

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