In sommige opzichten is het gebied van de astronomie snel aan het veranderen. We nemen foto's, kijken om te zien hoe ze zijn veranderd. We breken licht in de verschillende kleuren, op zoek naar emissie en absorptie. Het feit dat we het sneller en verder kunnen doen, heeft een revolutie teweeggebracht in ons begrip, maar niet in de basale methodologie.
Maar onlangs is het veld begonnen te veranderen. De dagen van de eenzame astronoom aan het oculair zijn al voorbij. Gegevens worden sneller genomen dan ze kunnen worden verwerkt, opgeslagen op gemakkelijk toegankelijke manieren en enorme internationale teams van astronomen werken samen. Tijdens de recente internationale bijeenkomst van astronomen in Rio de Janeiro besprak astronoom Ray Norris van de Australische Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) deze veranderingen, hoe ver ze kunnen gaan, wat we zouden kunnen leren en wat we zouden kunnen verliezen.
Observatoria
Een van de manieren waarop astronomen het veld al lang hebben veranderd, is door meer licht te verzamelen, waardoor ze dieper de ruimte in kunnen kijken. Dit vereiste telescopen met een groter lichtverzamelingsvermogen en vervolgens grotere diameters. Deze grotere telescopen bieden ook het voordeel van een verbeterde resolutie, zodat de voordelen duidelijk zijn. Als zodanig hebben telescopen in de planningsfase namen die indicatief zijn voor enorme afmetingen. De 'Over Whelmingly Large Telescope' (OWL), de 'Extremely Large Array' (ELA) en 'Square Kilometre Array' (SKA) van ESO zijn allemaal enorme telescopen die miljarden dollars kosten en middelen van tal van landen omvatten.
Maar naarmate de maten stijgen, nemen ook de kosten toe. Waarnemingscentra zijn al druk op de begroting, vooral na een wereldwijde recessie. Norris stelt: "Het zal een aanzienlijk deel van de rijkdom van een land kosten om over twintig jaar nog grotere telescopen te bouwen, en het is onwaarschijnlijk dat een natie, of een groep naties, een voldoende hoge prioriteit zal geven aan de astronomie om een dergelijk instrument te financieren. Dus astronomie bereikt mogelijk de maximale grootte van een telescoop die redelijkerwijs kan worden gebouwd. ”
Dus, in plaats van gefixeerd te zijn op de kracht en resolutie van het verzamelen van licht, suggereert Norris dat astronomen nieuwe gebieden van potentiële ontdekking zullen moeten verkennen. Historisch zijn op deze manier grote ontdekkingen gedaan. De ontdekking van gammastraaluitbarstingen vond plaats toen ons waarnemingsregime werd uitgebreid tot het hoge energiegebied. Het spectrale bereik is momenteel echter vrij goed bedekt, maar andere domeinen hebben nog steeds een groot potentieel voor verkenning. Toen CCD's werden ontwikkeld, werd de belichtingstijd voor afbeeldingen verkort en werden nieuwe klassen van variabele sterren ontdekt. Zelfs kortere blootstellingen hebben het gebied van de asteroseismologie gecreëerd. Met de vooruitgang in detectortechnologie zou deze ondergrens nog verder kunnen worden verlegd. Aan de andere kant kunnen astronomen door het stapelen van afbeeldingen gedurende lange tijd de geschiedenis van afzonderlijke objecten gedetailleerder dan ooit tevoren verkennen.
Toegang tot data
De afgelopen jaren zijn veel van deze veranderingen doorgevoerd door grote enquêteprogramma's zoals de 2 Micron All Sky Survey (2MASS) en de All Sky Automated Survey (ASAS) (om maar twee van de talrijke grootschalige enquêtes te noemen). Met deze grote hoeveelheden vooraf verzamelde gegevens hebben astronomen op een nieuwe manier toegang tot astronomische gegevens. In plaats van telescooptijd voor te stellen en vervolgens te hopen dat hun project wordt goedgekeurd, hebben astronomen meer en onbelemmerde toegang tot gegevens. Norris stelt voor dat, als deze trend zich voortzet, de volgende generatie astronomen enorme hoeveelheden werk kan verrichten zonder zelfs maar rechtstreeks een observatorium te bezoeken of een observatierun te plannen. In plaats daarvan worden gegevens verzameld uit bronnen zoals de Virtual Observatory.
Er zal natuurlijk nog steeds behoefte zijn aan diepere en meer gespecialiseerde gegevens. In dit opzicht zullen fysieke observatoria nog steeds gebruik zien. Veel van de gegevens van zelfs gerichte waarnemingsruns maken het al tot het astronomische publieke domein. Terwijl de teams die projecten ontwerpen nog steeds de eerste doorgiftegegevens krijgen, geven veel observatoria de gegevens na een toegewezen tijd vrij voor gratis gebruik. In veel gevallen heeft dit ertoe geleid dat een ander team de gegevens heeft opgehaald en iets heeft ontdekt dat het oorspronkelijke team had gemist. Zoals Norris het uitdrukt: "veel astronomische ontdekkingen vinden plaats nadat de gegevens zijn vrijgegeven aan andere groepen, die waarde aan de gegevens kunnen toevoegen door deze te combineren met gegevens, modellen of ideeën die mogelijk niet toegankelijk waren voor de instrumentontwerpers."
Als zodanig adviseert Nelson astronomen aan te moedigen om op deze manier gegevens bij te dragen. Vaak is een onderzoekscarrière gebaseerd op een aantal publicaties. Dit brengt echter het risico met zich mee dat degenen die veel tijd aan een enkel project besteden dat slechts een kleine hoeveelheid publicatie oplevert, worden gestraft. In plaats daarvan stelt Nelson een systeem voor waarmee astronomen ook erkenning zouden krijgen door de hoeveelheid gegevens die ze hebben helpen vrijgeven aan de gemeenschap, omdat dit ook de collectieve kennis vergroot.
Gegevensverwerking
Aangezien er een duidelijke trend is naar geautomatiseerde gegevensverzameling, is het heel natuurlijk dat veel van de initiële gegevensverwerking dat ook kan zijn. Voordat afbeeldingen geschikt zijn voor astronomisch onderzoek, moeten de afbeeldingen worden schoongemaakt voor ruis en gekalibreerd. Veel technieken vereisen verdere verwerking die vaak vervelend is. Ik heb dit zelf ervaren als een zomerstage van tien weken die ik heb bijgewoond, waarbij ik de repetitieve taak had om profielen aan te passen aan de puntspreidingsfunctie van sterren voor tientallen afbeeldingen en vervolgens handmatig sterren te verwerpen die op de een of andere manier gebrekkig waren (zoals te dicht bij de rand van het frame zijn en gedeeltelijk zijn afgehakt).
Hoewel dit vaak een waardevolle ervaring is die beginnende astronomen de redenering achter processen leert, kan het zeker worden versneld door geautomatiseerde routines. Veel technieken die astronomen voor deze taken gebruiken, zijn inderdaad technieken die ze al vroeg in hun carrière hebben geleerd en die mogelijk verouderd zijn. Als zodanig kunnen geautomatiseerde verwerkingsroutines worden geprogrammeerd om de huidige beste praktijken te gebruiken om de best mogelijke gegevens mogelijk te maken.
Maar deze methode is niet zonder gevaren. In zo'n geval kunnen nieuwe ontdekkingen worden overgeslagen. Significant ongebruikelijke resultaten kunnen door een algoritme worden geïnterpreteerd als een fout in de instrumentatie of door een gammastraling en worden afgewezen in plaats van te worden geïdentificeerd als een nieuwe gebeurtenis die verdere overweging verdient. Bovendien kunnen beeldverwerkingstechnieken nog steeds artefacten bevatten van de technieken zelf. Als astronomen op zijn minst enigszins bekend zijn met de technieken en hun valkuilen, kunnen ze kunstmatige resultaten interpreteren als een ontdekking.
Datamining
Met de enorme toename van gegevens die worden gegenereerd, hebben astronomen nieuwe hulpmiddelen nodig om deze te verkennen. Er zijn al inspanningen geleverd om gegevens te taggen met geschikte identificatoren met programma's zoals Galaxy Zoo. Zodra dergelijke gegevens zijn verwerkt en gesorteerd, kunnen astronomen snel interessante objecten op hun computer vergelijken, terwijl eerder geplande waarnemingen zouden worden gepland. Norris legt uit: "De expertise die nu in het plannen van een waarneming zit, zal in plaats daarvan worden besteed aan het plannen van een uitstapje naar de databases." Tijdens mijn undergraduate-cursussen (eindigend in 2008, dus nog steeds recent), hoefden astronomie-majors slechts één cursus computerprogrammering te volgen. Als de voorspellingen van Norris correct zijn, zullen de cursussen die studenten zoals ik volgden in observatietechnieken (die nog steeds wat werk met filmfotografie bevatten) waarschijnlijk worden vervangen door meer programmering en databasebeheer.
Eenmaal georganiseerd, kunnen astronomen snel populaties van objecten vergelijken op nooit eerder geziene schalen. Bovendien kunnen ze, door eenvoudig toegang te krijgen tot waarnemingen van regimes met meerdere golflengten, een uitgebreider begrip van objecten krijgen. Momenteel concentreren astronomen zich meestal op een of twee spectra. Maar met toegang tot zoveel meer gegevens, zal dit astronomen dwingen om verder te diversifiëren of samen te werken.
Conclusies
Met alle mogelijkheden voor vooruitgang concludeert Norris dat we mogelijk een nieuwe Gouden Eeuw van de astronomie ingaan. Ontdekkingen zullen sneller dan ooit plaatsvinden omdat gegevens zo gemakkelijk beschikbaar zijn. Hij speculeert dat promovendi kort na het starten van hun programma baanbrekend onderzoek gaan doen. Ik vraag me af waarom gevorderde studenten en geïnformeerde leken dat ook niet zouden zijn.
Maar voor alle mogelijkheden zal de gemakkelijke toegang tot gegevens ook de crackpots aantrekken. Inmiddels zwermen incompetente fraudeurs in tijdschriften die op zoek zijn naar citaten van mij. Hoeveel erger zal het zijn als ze naar het bronmateriaal en hun bizarre analyse kunnen verwijzen om hun onzin te rechtvaardigen? Om dit tegen te gaan, zullen astronomen (zoals alle wetenschappers) hun publieke outreach-programma's moeten verbeteren en het publiek moeten voorbereiden op de ontdekkingen die komen gaan.
