Виртуальная обсерватория03.02.2016 11:07

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

Астрономы наблюдают и наблюдают много. И при этом та информация, которую мы получаем, сохраняется. В предыдущие годы, еще со второй половины XIX века, сохранились фотопластинки. Причем в старых обсерваториях есть так называемые фотоархивы, их называют стеклянная библиотека. 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. Одна из тоже богатейших, очень крупных в мире стеклянных библиотек, уже полученных в основном на телескопах в Крыму. Эта информация сохраняется. Получается, что, если вам интересно увидеть какой-то объект на небе, надо бы узнать:, а может быть, кто-нибудь его уже пронаблюдал? И вы знаете и звездные величины данной звезды, вы знаете, как она выглядит, что это такое. Позже стали наблюдать с помощью цифровых приемников, ПЗС-матриц, есть красивые картинки, которые многие видели по интернету. Это тоже все сохраняется, в обсерваториях стараются эти архивы поддерживать. Соответственно, оказывается, что часто вы наблюдали что-то из каких-то своих соображений, измеряли, например, 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 эти архивы являются в той или иной степени открытыми. Вначале, может, были какие-то копирайты-наблюдатели, копирайты-заявители, они получили данные, имеют право ими распоряжаться, но потом данные идут в открытый архив. Причем ситуация получилась, наверное, уникальная по сравнению с другими науками, во всяком случае, я знаю отзывы людей, работающих в атомной физике, в генетике, где тоже большие объемы данных, они должны как-то сообществом использоваться. Все равно в астрономии, пожалуй, идея открытости, доступности данных для всех реализована максимально эффективно. Очень многое для этого уже в современную эпоху сделал Институт космического телескопа им. Хаббла. Поскольку космический телескоп им. Хаббла на момент запуска коллайдера это был самый дорогой научный проект в истории человечества, соответственно, в Соединенных Штатах встал вопрос — насколько эффективно используются деньги налогоплательщиков. Хорошо, мы запустили телескоп, на нем совершили какие-то открытия, они прославили американскую науку, но ведь, наверное, из этого же можно еще какую-то выгоду из этих данных получить. Поэтому данные телескопа Хаббла в тот момент стали неким даже стандартом вот этого открытого архива. Причем ситуация получилась очень интересная. Очень дорогой инструмент — получить наблюдательное время на нем, в принципе, может каждый, с определенными ограничениями, но, если у вас есть своя научная, интересная задача вы можете найти каких-то коллег в Соединенных Штатах или самим попробовать получить наблюдательное время. Это реально, но надо проходить очень жесткий конкурс. Несколько, примерно 1 к 15 конкурс, из 15 заявок проходит только одна на то, чтобы получить это время. Вы получили это время, вам провели эти наблюдения, и там вдруг оказывается, что у вас есть всего год на то, чтобы с этими данными успеть что-то сделать и первыми сказать, вот смотрите, вот какие интересные эффекты мы открыли. Дальше, независимо от того, что такие средства затрачены, что вы с огромным трудом туда пробились — данные идут в открытый доступ. Я знаю конкретные случаи, какие-то даже такие конфликтные ситуации, когда авторы, которые наблюдали, которые с большим трудом вот так вот пробивались на телескоп, потом переживают, что вот мы…. А мы не успели, значит, мы хотели поднакопить еще материала, а кто-то взял эти данные и с ними что-то сделал. Ну, ничего не поделаешь, данные не должны пропадать.

Этот вот этот принцип, лежащий здесь в основе, привел к тому, что постепенно оформилась идея так называемой виртуальной обсерватории. Это то, что, прежде всего, с одной стороны, прежде чем смотреть на небо заново в тот или иной телескоп, надо посмотреть через интернет, через компьютер, а что собственно для этого участка неба получено в мире на разных обсерваториях. И встал вопрос о создании определенных интерфейсов, определенных способов связать очень различные типы данных, очень не всегда понятные даже не то что непрофессионалу, а человеку, работающему немножко в другой области, связать их вместе. В общем, в той или иной степени это реализовано. В том числе у нас, на 6-ти метровом телескопе тоже есть открытый архив данных с которым, при желании может работать любой человек, использовать те данные, для которых тоже в свое время люди проходили через конкурс. У нас, конечно, не телескоп Хаббла, но где-то 1 к 4, у нас там, 1 к 3, скорее, конкурс наблюдательного времени, а потом вам дается 2 года на то, чтобы вы были единственным владельцем этих данных. Все, через 2 года данные в открытом доступе. И это, в общем-то, привело к тому, что сейчас понятие «наблюдательная работа» в астрономии немножко сместилось из того, что наблюдатель — это тот, кто находится рядом с телескопом, а 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, вот с тем же Хаббловским телескопом очень часто бывает, что смотришь историю того или иного снимка, она есть в архивах, и оказывается, что там была там одна-две наблюдательных статьи, которые сделали, собственно, сами авторы данной программы, а потом два десятка работ, которые просто использовали еще раз эти картинки. Кому-то был нужен объект в центре, а они увидели какую-то интересную галактику сбоку на краю и по ней сделали работу.

У нас даже были курьезные случаи: мы вместе с коллегой Ольгой Касьяновной Сильченко изучали галактику NGC 7742, которая наблюдалась на Хаббловском телескопе только с целью сделать красивый снимок. Там есть такой проект «Наследие Хаббла», там красивая галактика с кольцом, ее сняли только для этого. И мы были первыми, кто использовал этот снимок для научных целей. Вот так же вот мы с коллегами из Израиля и Южной Африки, Финкельманом и Брошем, использовали, также для научных целей, картинку галактики, очень известный снимок космического телескопа имени Хаббла, объект Хога, эллиптическая галактика, окруженная красивым, голубым кольцом, тоже сняли просто для красоты. Через семь лет после того, как был снят снимок, мы решили разобраться, что же это там такое. Использовали данные с других телескопов, с нашего 6-метрового, но картинку брали с Хаббла. Апофеозом, наверное, этого подхода, этого открытого архива является в данный момент так называемый Слоановский обзор неба. Многие, наверное, знают сервисы Google Maps, Google Sky и большинство красивых картинок, наиболее выразительных. Google Sky — это как раз то, что дает Слоановский цифровой обзор неба. Достаточно дорогой проект, несколько американских университетов скинулись, построили 2,5-метровый телескоп, который заметную часть, четверть неба оцифровали в очень высоком качестве. Они проводили даже наблюдение спектра, получили миллион спектров. Большие усилия приложили. И тоже у них было немного времени на то, чтобы снять сливки с этой работы. Дальше данные пошли в открытый архив. А поскольку это очень высококачественные снимки, которые очень хорошо привязаны к измеряемым потокам, есть просто миллион спектров, с которыми просто статистически работать. Это привело к тому, что работ, сделанных на этом телескопе, сейчас сделано больше, чем на космическом телескопе имени Хаббла. Это самый цитируемый телескоп в мире. Всего лишь 2,5-метровый телескоп, не так уж много по нынешним временам.

Это привело еще и к тому, что язык работы с базами данных SQL, который раньше там был удел профессиональных программистов, сейчас он перешел в сферу профессиональной астрономии, то есть, какими-то азами наблюдатель должен владеть, для того чтобы уметь сделать запросы в архив. То есть, это очень важный момент, потому что оказывается сейчас, например, когда вы что-то хотите исследовать на том или ином телескопе, вы сперва, смотрите, а что уже было сделано. А главное, вы не просто читаете там, допустим, статьи каких-то авторов, что они там делали, в их интерпретации 10–20 или 5 лет назад, но вы можете получить исходные данные, с ними поработать и уже на основании этого сделать вывод, а какие еще дополнительные наблюдательные данные вам нужны. То есть этот принцип сейчас лежит в основе практически всех астрономических проектов. Сначала те, кто вкладывают большие средства, свой труд, свои знания, имеют право-копирайт 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. И поэтому сейчас это приводит к тому, что очень много интересных работ делается иногда просто на компьютере, не выходя на какие-то новые наблюдения, на новые телескопы. У нас, скажем, российско-американский астроном Игорь Чилингарян и его коллеги в России продвигают этот подход именно совершения новых открытий таким путем виртуальной обсерватории. Потому что, важно то, что материала накоплено уже много, он сохраняется через час в хорошем качестве. Поэтому, практически каждому новому телескопу, каждому новому проекту предъявляются серьезные требования по тому, а как у вас будет построен архив наблюдательных данных, как с ним можно будет работать, насколько это будет доступно мировому «комьюнити» или в данной стране. Но, в общем-то, и при этом важно то, что все астрономы это хорошо понимают. Ну, конечно, есть разные примеры, они как-то там в той или иной степени регулируются в правовой сфере. Все-таки речь идет о получении уникального материала с авторскими правами и так далее. Но все равно важно то, что большая часть данных открыта. То есть, если у вас есть какие-то свои идеи, оказывается, что вы можете их проверять, в общем-то, исходя из того материала, который мировая астрономия получала все предыдущие годы. Это очень важный момент, в том числе и для изучения открытия чего-то нового.

В связи с этим есть такой очень интересный проект, который начинался как такая может быть немножко забавная попытка привлечь любителей астрономии и просто желающих в помощь профессиональным астрономам. Проект «Зоопарк галактик», который где-то лет семь назад был реализован, когда как раз на основании снимков этого самого 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 действительно некоторые алгоритмы, которые распознают изображения, они, в общем-то, имеются. С другой стороны, можно пойти по другому пути — предложить большому количеству волонтеров отождествлять галактики. Галактик пусть много, их целый миллион, там у них 900 тысяч было в каталоге. Но волонтеров по всему миру найти можно очень много. Понятно, что люди будут разные, оценки будут разные, непрофессиональные оценки. Но если одну и ту же галактику там 30 раз спросить разных людей о том, круглая она или плоская — большая часть ответит правильно. И по этому пути и пошли как раз создатели этого проекта. Вначале они хотели всего лишь, просто заняться классификацией галактик, такой простейшей, зато вот таким простым и дешевым способом. Но оказалось, что такой проект имеет очень важный побочный результат: можно открыть что-то новое, то, что бы вам не смогла бы обнаружить машина, автоматически классифицирующая. В частности, самый такой первый и громкий случай — это был так называемый объект Hanny«s Voorwerp, названный в честь голландской учительницы Ханни ван Аркел, кажется. Которая вот случайно на снимках Слоановского обзора неба, рядом с галактикой, которую она должна была классифицировать, увидела что-то такое непонятное и зеленое. На соответствующем форуме проекта поднялся шум, они начали это обсуждать, начали наблюдать на других телескопах, оказалось, что это, в общем-то…. В тот момент это оказался только прототип нового класса объектов, сейчас так называют объекты Ханни. Связанный с тем, что когда-то у вас ядро галактики было активно, оно светило и ионизовало окружающий газ, активность прекратилась, по тем или иным причинам, а газ все еще светит — просто мы видим, что он еще светит, потому что облако находится немножко на другом расстоянии, чем, ядро галактики. То есть, вот так вот, когда любители астрономии помогают профессионалам совершать такие вот открытия, работая с архивами. Сейчас проект «Зоопарк галактик» расширился в очень разных направлениях — там предлагается искать гравитационные линзы и кратеры на Марсе классифицировать и пингвинов в Антарктиде. Но тот принцип, вот, использования волонтеров для анализа большого количества изображений оказался, в общем-то, очень эффективным и очень интересным и, в общем-то, все желающие могут этим заниматься.