In mancher Hinsicht hat sich das Gebiet der Astronomie rasch verändert. Wir machen Bilder und sehen, wie sie sich geändert haben. Wir zerlegen Licht in seine verschiedenen Farben und suchen nach Emission und Absorption. Die Tatsache, dass wir es schneller und zu weiteren Entfernungen schaffen, hat unser Verständnis revolutioniert, aber nicht die Basalmethode.
Aber in letzter Zeit hat sich das Feld verändert. Die Zeiten des einsamen Astronomen am Okular sind bereits vorbei. Daten werden schneller erfasst als verarbeitet, auf leicht zugängliche Weise gespeichert und riesige internationale Astronomenteams arbeiten zusammen. Auf dem jüngsten Internationalen Astronomentreffen in Rio de Janeiro diskutierte der Astronom Ray Norris von der australischen Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) diese Änderungen, wie weit sie gehen können, was wir lernen und was wir verlieren könnten.
Observatorien
Eine der Möglichkeiten, wie Astronomen das Feld seit langem verändert haben, besteht darin, mehr Licht zu sammeln, damit sie tiefer in den Weltraum blicken können. Dies hat Teleskope mit größerer Lichtsammelkraft und anschließend größeren Durchmessern erforderlich gemacht. Diese größeren Teleskope bieten auch den Vorteil einer verbesserten Auflösung, sodass die Vorteile klar erkennbar sind. Daher haben Teleskope in der Planungsphase Namen, die auf immense Größen hinweisen. Das "Over Whelmingly Large Telescope" (OWL), das "Extremely Large Array" (ELA) und das "Square Kilometer Array" (SKA) der ESO sind massive Teleskope, die Milliarden von Dollar kosten und Ressourcen aus zahlreichen Nationen beinhalten.
Aber mit steigenden Größen steigen auch die Kosten. Die Observatorien belasten bereits die Budgets, insbesondere nach einer globalen Rezession. Norris erklärt: „Der Bau noch größerer Teleskope in zwanzig Jahren wird einen erheblichen Teil des Wohlstands einer Nation kosten, und es ist unwahrscheinlich, dass eine Nation oder eine Gruppe von Nationen der Astronomie eine ausreichend hohe Priorität einräumt, um ein solches Instrument zu finanzieren. Die Astronomie erreicht also möglicherweise die maximale Größe des Teleskops, die vernünftigerweise gebaut werden kann. “
Anstelle der Fixierung auf Lichtsammelkraft und Auflösung schlägt Norris daher vor, dass Astronomen neue Bereiche potenzieller Entdeckungen erkunden müssen. Historisch gesehen wurden auf diese Weise wichtige Entdeckungen gemacht. Die Entdeckung von Gammastrahlenausbrüchen erfolgte, als unser Beobachtungsregime auf den Hochenergiebereich ausgedehnt wurde. Der Spektralbereich ist derzeit jedoch ziemlich gut abgedeckt, aber andere Bereiche haben noch ein großes Explorationspotential. Beispielsweise wurden bei der Entwicklung von CCDs die Belichtungszeit für Bilder verkürzt und neue Klassen variabler Sterne entdeckt. Noch kürzere Expositionen haben das Gebiet der Asteroseismologie geschaffen. Mit den Fortschritten in der Detektortechnologie könnte diese untere Grenze noch weiter verschoben werden. Andererseits kann die Bevorratung von Bildern über lange Zeiträume es Astronomen ermöglichen, die Geschichte einzelner Objekte detaillierter als je zuvor zu erkunden.
Datenzugriff
In den letzten Jahren wurden viele dieser Änderungen durch große Umfrageprogramme wie das 2-Mikron-All-Sky-Survey (2MASS) und das All-Sky-Automated-Survey (ASAS) vorangetrieben (um nur zwei der zahlreichen großen Umfragen zu nennen). Mit diesen großen Speichern vorab gesammelter Daten können Astronomen auf neue Weise auf astronomische Daten zugreifen. Anstatt Teleskopzeit vorzuschlagen und dann zu hoffen, dass ihr Projekt genehmigt wird, haben Astronomen einen verbesserten und uneingeschränkten Zugang zu Daten. Norris schlägt vor, dass die nächste Generation von Astronomen, sollte sich dieser Trend fortsetzen, große Mengen an Arbeit leisten könnte, ohne ein Observatorium direkt zu besuchen oder einen Beobachtungslauf zu planen. Stattdessen werden Daten aus Quellen wie dem virtuellen Observatorium entnommen.
Natürlich werden weiterhin tiefere und spezialisiertere Daten benötigt. In dieser Hinsicht werden physikalische Observatorien weiterhin Verwendung finden. Viele der Daten, die selbst aus gezielten Beobachtungsläufen stammen, werden bereits astronomisch öffentlich. Während die Teams, die Projekte entwerfen, noch erste Daten weitergeben, geben viele Observatorien die Daten nach einer festgelegten Zeit zur freien Verwendung frei. In vielen Fällen hat dies dazu geführt, dass ein anderes Team die Daten aufnahm und etwas entdeckte, das das ursprüngliche Team übersehen hatte. Wie Norris es ausdrückt, "findet viel astronomische Entdeckung statt, nachdem die Daten an andere Gruppen weitergegeben wurden, die in der Lage sind, den Daten einen Mehrwert zu verleihen, indem sie sie mit Daten, Modellen oder Ideen kombinieren, die den Instrumentendesignern möglicherweise nicht zugänglich waren."
Aus diesem Grund empfiehlt Nelson, Astronomen zu ermutigen, Daten auf diese Weise beizutragen. Oft basiert eine Forschungskarriere auf einer Reihe von Veröffentlichungen. Dies birgt jedoch das Risiko, diejenigen zu bestrafen, die viel Zeit für ein einzelnes Projekt aufwenden, das nur eine geringe Menge an Veröffentlichungen hervorbringt. Stattdessen schlägt Nelson ein System vor, mit dem Astronomen auch anhand der Datenmenge anerkannt werden, die sie zur Veröffentlichung in der Community beigetragen haben, da dies auch das kollektive Wissen erhöht.
Datenverarbeitung
Da es einen klaren Trend zur automatisierten Datenerfassung gibt, ist es ganz natürlich, dass ein Großteil der anfänglichen Datenverarbeitung auch möglich ist. Bevor Bilder für die astronomische Forschung geeignet sind, müssen die Bilder auf Rauschen gereinigt und kalibriert werden. Viele Techniken erfordern eine weitere Verarbeitung, die oft mühsam ist. Ich selbst habe dieses zehnwöchige Sommerpraktikum, an dem ich teilgenommen habe, erlebt. Dabei ging es darum, Profile für Dutzende von Bildern an die Punktstreufunktion von Sternen anzupassen und Sterne, die auf irgendeine Weise fehlerhaft waren (z zu nahe am Rand des Rahmens sein und teilweise abgehackt).
Während dies oft eine wertvolle Erfahrung ist, die angehenden Astronomen die Gründe für Prozesse lehrt, kann sie sicherlich durch automatisierte Routinen beschleunigt werden. In der Tat sind viele Techniken, die Astronomen für diese Aufgaben verwenden, diejenigen, die sie zu Beginn ihrer Karriere gelernt haben und die möglicherweise veraltet sind. Daher könnten automatisierte Verarbeitungsroutinen so programmiert werden, dass sie die aktuellen Best Practices verwenden, um die bestmöglichen Daten zu ermöglichen.
Diese Methode ist jedoch nicht ohne eigene Gefahren. In einem solchen Fall können neue Entdeckungen weitergegeben werden. Signifikant ungewöhnliche Ergebnisse können von einem Algorithmus als Fehler in der Instrumentierung oder als Gammastrahlenschlag interpretiert und zurückgewiesen werden, anstatt als neuartiges Ereignis identifiziert zu werden, das weitere Überlegungen erfordert. Darüber hinaus können Bildverarbeitungstechniken weiterhin Artefakte aus den Techniken selbst enthalten. Sollten Astronomen mit den Techniken und ihren Fallstricken nicht zumindest einigermaßen vertraut sein, können sie künstliche Ergebnisse als Entdeckung interpretieren.
Data Mining
Angesichts der enormen Zunahme der generierten Daten benötigen Astronomen neue Werkzeuge, um diese zu untersuchen. Es wurden bereits Anstrengungen unternommen, Daten mit Programmen wie Galaxy Zoo mit geeigneten Kennungen zu versehen. Sobald solche Daten verarbeitet und sortiert sind, können Astronomen schnell interessierende Objekte an ihren Computern vergleichen, während zuvor beobachtete Läufe geplant wären. Wie Norris erklärt: "Das Fachwissen, das jetzt in die Planung einer Beobachtung fließt, wird stattdessen für die Planung eines Streifzuges in die Datenbanken verwendet." Während meines Grundstudiums (Ende 2008, also noch neu) mussten Astronomie-Majors nur einen einzigen Kurs in Computerprogrammierung belegen. Wenn die Vorhersagen von Norris richtig sind, werden die Kurse, die Studenten wie ich in Beobachtungstechniken absolvierten (die noch einige Arbeiten zur Filmfotografie enthielten), wahrscheinlich durch mehr Programmierung sowie Datenbankverwaltung ersetzt.
Einmal organisiert, können Astronomen schnell Populationen von Objekten auf noch nie dagewesenen Skalen vergleichen. Durch den einfachen Zugriff auf Beobachtungen aus mehreren Wellenlängenregimen erhalten sie außerdem ein umfassenderes Verständnis der Objekte. Derzeit konzentrieren sich Astronomen in ein oder zwei Spektrenbereichen. Mit dem Zugriff auf so viel mehr Daten wird dies die Astronomen dazu zwingen, sich weiter zu diversifizieren oder zusammenzuarbeiten.
Schlussfolgerungen
Mit all dem Potenzial für Fortschritt kommt Norris zu dem Schluss, dass wir möglicherweise in ein neues goldenes Zeitalter der Astronomie eintreten. Entdeckungen werden schneller als je zuvor erfolgen, da Daten so schnell verfügbar sind. Er spekuliert, dass Doktoranden kurz nach Beginn ihres Programms Spitzenforschung betreiben werden. Ich frage mich, warum fortgeschrittene Studenten und informierte Laien dies nicht auch tun würden.
Trotz aller Möglichkeiten wird der einfache Zugriff auf Daten auch die Crackpots anziehen. Inkompetente Betrugsfälle schwärmen bereits in Zeitschriften, die nach Zitaten für meine suchen. Wie viel schlimmer wird es sein, wenn sie auf das Quellmaterial und ihre bizarre Analyse verweisen können, um ihren Unsinn zu rechtfertigen? Um dem entgegenzuwirken, müssen Astronomen (wie alle Wissenschaftler) ihre Öffentlichkeitsarbeit verbessern und die Öffentlichkeit auf die kommenden Entdeckungen vorbereiten.
