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星系分類工作產生“意外收獲”

星系


星系分類工作產生“意外收獲”

一個核心為棒狀的旋渦星系
有15萬名天文愛好者參與了星系分類工作 。結果，業余人士發現了一些專業天文學家未曾注意到的東西 。
卡倫·馬斯特斯(Karen Masters)14歲時的一個愛好是把報紙上的星系照片剪下來貼在本子上收藏 。那些顏色、形態各異的星系湊在一起活像是一個動物園 。如今，馬斯特斯已經成為了一名職業的天體物理學家 ， 她每天的工作內容就是研究千奇百怪的星系 。她顯然非常享受這份工作，她每張名片的背后都印著一幅不同的星系照片 。
馬斯特斯是英國樸茨茅斯大學的天文學研究者，同時是“星系動物園”(Galaxy Zoo)的一名管理員 。2012年8月20日晚飯時間 ， 馬斯特斯受邀在第28屆國際天文學聯合會大會上介紹了他們的“動物園” 。在國家會議中心的報告廳里，數百人聆聽了這次報告，大多是天文學家 。馬斯特斯在大屏幕上展示了一張星系照片，然后讓在場認為那是一個旋渦星系的人舉手 。大概三分之一的人舉起了手 。
“星系動物園”的理念就是這么簡單：請你看一幅星系照片，然后判斷出它是旋渦星系還是橢圓星系 。旋渦星系就像我們的銀河系，中間有一個球形或棒狀的核心，周圍有像旋渦一樣的旋臂 。而橢圓星系就是那些沒有旋臂的、混沌一團的星系 。對它們做出分類并不需要天文學博士學位，任何一個普通人都能做到 。這是人腦很容易分辨的圖案，但是對于目前的計算機來說卻是一件復雜的事情 。
2007年7月一個周五的晚上，牛津大學的兩名年輕的天體物理研究者凱文·施溫斯基(Kevin Schawinski)和克里斯·林托特(Chris Lintott)在一家叫“皇家橡樹”的酒吧喝啤酒 。那個時候，施溫斯基剛剛開始處理“斯隆數字巡天”(SDSS)項目所得到的星系照片 。他要把這些星系進行分類，以便考察星系演化中的一些懸而未決的問題 。他一天工作12個小時，苦干了一個禮拜，做了5萬個星系的分類 。
5萬個星系，聽起來很多，但是跟海量的數據比起來簡直是九牛一毛 。施溫斯基覺得這樣苦干下去不是辦法，于是跟林托特討論是否有討巧的方法 。這一討論 ， 讓他們想到了利用人海戰術來做處理 。他們把需要分類的星系照片放到網上去，然后發動對天文感興趣的人們通過互聯網來對星系進行分類 。
幾天之內，“星系動物園”最初的頁面就上線了，這迅速吸引了大批天文愛好者 。以前也有天文項目聯合眾人的力量來做數據處理，但都是利用閑置的計算機資源 ?！靶窍祫游飯@”是第一個利用人腦的項目 。
“‘星系動物園’的參與者花了兩年時間把斯隆數字巡天的星系做完了分類，如果僅靠我們這些職業天文學家來做，大概需要4000年時間才能做完 。”馬斯特斯在北京對南方周末采訪人員說 。
星系分類工作產生“意外收獲”

從左往右分別是：正常的藍色旋渦星系，紅色旋渦星系 ， 橢圓星系
星系總動員
馬斯特斯的美籍華人丈夫給她的報告起了個中文題目：“星系總動員” 。網絡上的志愿者們所看到的大部分照片都是之前從未被人眼看到過的圖像，因為現在的天文巡天觀測是由計算機控制自動拍攝 ， 然后又由計算機自動處理的 。自動化的天文觀測帶來了海量的數據，將這些拍攝到的星系與埃德溫·哈勃所建立起的形態學的分類方法連接起來，是今天的天文學家們面臨的挑戰 。
從2007年到2009年，“星系動物園”處于第一個階段 。參與者看到一幅照片的同時會被問到一些簡單的問題，包括星系是旋渦的還是橢圓的，以及如果是旋渦的，旋臂的方向是怎樣的 。在網站上線的第一個24小時之內，每小時收到的分類數量達到了7萬；第一年里共收到5000萬個分類 ， 參與者15萬人 。
后來一些參與者認為他們有能力判斷照片上更多的細節，項目的工作人員也這樣認為，于是推出了“星系動物園2” 。這一次，志愿者們除了被詢問到星系的形狀外，還包括星系核的密度或亮度 ， 還會查看一些特殊形態的，比如正碰撞在一起的星系 。
“我們讓多人觀測同一個星系 ， 大概20到40人之間 。這讓我們得知說出某個星系的形狀的困難程度 。如果所有人都同意，我們就知道它的形狀是很清楚的 。但是如果人們分歧很大，我們就知道那個星系的形狀難以判斷 ?！瘪R斯特斯介紹說 。
對于馬斯特斯這樣的星系專家來說，這些分類對科學研究有直接的幫助 。
通常 ， 天體物理學家認為旋渦星系是藍色的，并且正在制造新的恒星；橢圓星系是紅色的，不產生恒星 。但是在處理照片的過程中，志愿者們發現了紅色的旋渦星系 ?！澳鞘且粋€有趣的發現，我們認為藍色的旋渦星系演化成紅色的橢圓星系 ?！瘪R斯特斯說 。如果有兩個藍色的旋渦星系相撞，所有物質混合在了一起，這樣會激發新恒星的產生，當所有的資源用盡之后，就形成了紅色的橢圓星系 。但是如果有紅色的旋渦星系 ， 那就說明不需要這個過程，星系也會由于某種原因而停止產生新的恒星 。
另外，還有一種說法認為，有更多的星系擁有順時針方向的旋臂 ， 馬斯特斯等人也想要驗證這一說法 。結果表明，這是人類的心理錯覺 ， 并不是宇宙本身如此 。如果是左撇子來看，就會發現逆時針旋轉的星系更多 。
到目前為止，科學家在“星系動物園”數據的基礎上已經寫出了三十多篇發表在正規學術期刊上的論文 。同時人們也有得玩——志愿者們找出了形狀酷似26個英文字母的星系 ， 在一個專門的網站上，只要你輸入一段英文信息(比如你的名字)，系統就能調出斯隆數字巡天中的圖像，用真實的星系來拼出這段文字 。網站把這個過程稱為“星系化”(galxify) 。
意外的發現
“原始的‘星系動物園’帶來的最令人興奮的發現是那些從未料到的東西 ?！眲游飯@管理員們表示 。這其中被談論最多的一個發現來自荷蘭的一名28歲的教師 。
涵妮·凡·阿克爾(Hanny van Arkel)之所以會加入“星系動物園”的志愿者行列 ， 是受到了偶像的感染 。她的偶像布里安·梅(Brian May)既是著名的吉他手又是天體物理學家，在梅的感召之下，阿克爾很快就投入到星系分類的工作中并為之著迷 。有一天，她在查看星系照片時注意到某個星系的旁邊有一團綠色的云狀物體，她很好奇那是什么東西，于是在論壇上發了一個帖子詢問 。結果，沒有人知道那是什么——包括專業的天文學家在內 。
這個綠色的天體被命名為“涵妮的Voorwerp”，Voorwerp在荷蘭語中是物體的意思 。天文學家們開始申請天文臺的望遠鏡時間對這個物體進行專門的觀測 。觀測表明，那團綠色的云霧位于6000光年之外，溫度高達15000攝氏度，卻缺乏恒星 。后來至少有兩篇專業的論文發表出來，討論“涵妮的Voorwerp”究竟是一個什么東西，以及是如何形成的 ?，F在看起來 ， 它與黑洞有關，其形成也可能與數億年前其身旁的星系與其他星系的相互作用有關 。
星系分類工作產生“意外收獲”

這是文中提到的那個荷蘭語命名的綠色天體
另一個例子是志愿者們發現的“綠豌豆”(Green Peas) 。從項目上線的第二天起，就有志愿者報告發現了綠色的天體 。在天文學家的認識中，照片上的綠色天體要么是某種相機的光學瑕疵，要么是近地天體，很難想象有綠色的星系存在 。第一個被報告的綠色天體事后也被證實只是地球大氣湍流造成的光學現象 。但是，發現綠色天體的報告并沒有從此消失，而是越來越多地被積累起來 。直到引起施溫斯基的注意 。盡管存在錯誤報告 ， 但確實發現了五十多個綠色的星系，這是此前天文學家從未注意到的天體類型 。這些綠色天體圓圓的，看起來就像是豆子，于是被命名為“綠豌豆” 。它們的發射線能量很大，暗示它們正在制造恒星 。
“星系動物園”的參與者最擔心的事情是有一天所有的圖片都被他們處理完了 ， 那就沒事情可做了 。這種擔心看起來有點多余了 。一方面，現在“星系動物園”已經進入第三個階段，開始處理來自哈勃太空望遠鏡拍攝的照片 。另一方面，由“星系動物園”出發 ， 施溫斯基的團隊已經開發出了名為“動物園宇宙”(Zooniverse)的項目，它旨在用相同的方法來研究各個科學領域的問題 。比如 ， 參與者可以在線聽鯨的聲音，為這些帶著不同“口音”的鯨分類，這可以幫助動物學家理解鯨之間是如何交流的 。
馬斯特斯借這次到北京參加國際天文學聯合會大會的機會 ， 正在與中國的天文學家接觸 ， 希望能早日做出“星系動物園”的中文版，以吸引中國的參與者 ?！拔抑乐袊卸嗌偃??！彼χf 。
【星系分類工作產生“意外收獲”】
南方周末 黃永明