【2023年第16届马来西亚华文独中科学营:宇宙新征途,AI续领航】——专题演讲(三):樊东卫教授《开放的天文数据与应用前沿》、《虚拟天文台的教育教学资源》

科学营最后一场专题演讲,我们有幸邀请到中国科学院国家天文台信息与计算中心副研究员樊东卫博士(Dr. Dongwei Fan)为营员们讲解《开放的天文数据与应用前沿》与《虚拟天文台的教育教学资源》。樊博士拥有广西师范大学计算机科学与技术学士学位以及国家天文台天文技术与方法博士学位(硕博连读)。他的研究领域包括天文信息技术、虚拟天文台、天文星表交叉认证、数据可视化、基于数据的教育和科普、云计算、大数据以及天文数据库。

天文学,是中国最古老的科学,亦是人类史上最早诞生的自然科学之一。在讲座的开始,樊博士展示了宇宙漫游创作大赛获奖视频,视频中从俯视地球的喜马拉雅山脉到遥望银河系,直至宇宙边际,展现宇宙壮丽景象。他坦言,宇宙宏大,研究时所使用的计量单位亦有所不同,如公里、天文单位AU、光年LY以及秒差距PC。

宇宙浩瀚,单一张照片无法展示其惊人之处。樊博士指出,目前天文科学采用系统集成方式,将300余名科学家所拍摄的照片进行合成,透过人工智能的重新演绎优化,成为一张完美的天文照片,如2019年发布的黑洞照片M87与人马座A。谈及M87,上海天文台于是年4月对该黑洞阴影及其周围环状结构和强大喷流一同进行成像,并在国际学术期刊《自然》杂志上发表。

数据是天文学研究中不可或缺的部分。从过去的TB时代(2000年)、PB时代(2015年),到来临的EB时代(2030年),天文学所涉及的数据量呈爆炸式增长。他指出,天文学家将大数据进行密集处理,并实现一个虚拟天文台和天文信息学的概念。国际虚拟天文台成立于2002年,由24个国际组织组成,中国虚拟天文台(China-VO)亦是成员之一。

在论及观测设施时,樊博士分别介绍了郭守敬望远镜(LAMOST)和中国天眼(FAST)。郭守敬望远镜是世上口径最大的大视场巡天望远镜,亦是全球光谱获取率最高的光学望远镜;中国天眼则是世上口径最大、灵敏度最高的射电望远镜。他以脉冲星为例,通过计算和人工智能的结合,讲解天文学家如何使用大型望远镜做研究。脉冲星是恒星经激烈爆炸后形成的天体,具有演变为黑洞的可能性。目前天文学家已发现超过3300颗脉冲星,他们利用人工智能筛选海量数据,并通过高性能计算和云计算等技术自动化处理数据,通过对它的研究,可应用于授时和导航等领域。

针对中国天文学科的未来发展思路,樊博士计划发挥建制化的优势,打造天地联合观测集群,形成协同观测和探究宇宙的能力。他披露,中国空间站工程计划于2024年发射巡天空间望远镜(CSST),其视场约是哈勃望远镜的300倍。它的主要用途为研究宇宙的大尺度结构、星系与活动星系核、近邻宇宙与恒星科学、太阳系以及系外行星。

在天文科学领域的数据处理与应用方面,2014年天文学家尝试使用天文学科技领域云(AstroCloud)处理海量数据,并与阿里云进行跨界合作。为了解决在科研中所面临的大量数据与难题,国家天文数据中心采用北京北龙超级云计算有限责任公司的高性能计算(HPC),他期盼其在VO3.0阶段能提供更多服务。

来到尾声,樊博士谈及光污染对天文学研究的影响。光污染因人类过度使用照明系统而产生,除加剧观测天体难度,亦影响观星体验。他坦言,光污染乃全球性问题,它的产生引起多方组织关注,并采取相关措施。他希望通过提高人们对光污染的意识,携手保护夜空,为天文学研究创造更好条件。