天問專欄：那些活躍在科研領域的中國天文愛好者

知識 07-21

觀測星空的不僅有天文工作者，還有天文愛好者。圖片來源：pixabay

導讀：

「天文愛好者」和「天文工作者」是兩個看似相關，但又有諸多不同的群體。他們都對頭頂上的星空感興趣，但從事的活動卻不大一樣。作為天文工作者，我身邊的同事大多將「天文愛好者」與「天體攝影愛好者」劃等號，而我認識的許多天文愛好者則傾向於認為職業天文學研究需要高深的數理知識，而且枯燥無味。

但實際上，在天文愛好者群體中，有這樣一部分「鐵杆」，他們雖然不以天文研究為職業，但卻對天文的某個問題抱有很高的熱情。如果用「論文發表數」等學界常用的指標來衡量，他們也許不太容易被注意到，但卻靠著自己的興趣和努力，為拓展人類知識的疆界作出獨到的貢獻，並在這一過程中自得其樂。

職業科學家們也逐漸意識到，「公眾科學家」(citizen scientist)群體[1]不僅是科學傳播非常重要的一個組成部分，還有力地補充了職業科學家無力或無暇顧及的領域，其中天文學便是公眾科學一個歷史悠久的分支。

放眼國際，主要科學大國都有著成熟的公眾科學家群體，與職業科學家有著頻繁互動。比如在美國，知識儲備及專業水平能與職業天文學家不相上下的「准專業」天文愛好者約有500人規模[2]。但在我國，「公眾科學」和「公眾科學家」是個相對新穎的概念。這些活躍在科研領域的天文愛好者在做什麼？能做什麼？本期《天問》專欄帶你一探究竟。

撰文 | 葉泉志（加州理工學院）

責編 | 呂浩然

知識分子為更好的智趣生活 ID：The-Intellectual

何謂「職業」，何謂「業餘」？

「職業」和「業餘」天文工作者的劃分最早出現於十八世紀末的歐洲，原本的區別並不大。歷史上，「業餘」的天文愛好者曾經作出過很多重要貢獻，比如發現天王星的赫歇爾（Friedrich Wilhelm Herschel，1738 - 1822）、探索天體攝影術的拉瑟弗德（Lewis Morris Rutherfurd，1816 - 1892）等。

但二十世紀以來，人類的知識體系大幅度完善和精細化，包括天文學在內的科學研究逐漸成為國家主導的活動，天文學家也成為高度正規化和專業化的職業，大量新的大型天文學裝置成為主要的研究工具，使得業餘愛好者逐漸退出科學研究的核心舞台。

然而，歷史的進程總是有趣的。隨著人類進入信息化時代，科學數據開放共享成為主流。加上個人電腦和互聯網的普及，愛好者們也能輕易獲得以前只有專業天文學家能夠接觸到的海量天文數據。大數據蘊含著大量的科學信息，職業天文學家往往只能消化其中某些研究方向的數據，這也為愛好者留下了空間。光學及電子設備的小型化，使得愛好者也能輕易獲得。高質量的天文照片如今高端愛好者級別的設備已經能在一定程度上挑戰三四十年前大型光學望遠鏡才能獲得的照片。

而「時域天文學」概念的興起，讓地理分布廣泛的天文愛好者群體獲得了職業天文學家很難具備的優勢。此外，國家支持的科學研究難免讓職業科學家集中於「熱門」領域，留下了「冷門」但同樣有趣的問題待有心人來填補。

仙女座星系，帕洛瑪天文台1.2米施密特望遠鏡的開光照片，攝於1948年，圖片來源：Palomar/Caltech

同樣是仙女座星系，加拿大愛好者Torben Hansen使用口徑8厘米的折射鏡以及佳能50D單反相機攝於2011年，圖片來源：Torben Hansen

「天學」在我國古代為帝王之術，因此古代不大可能有現代意義上的「天文愛好者」這一概念。大家熟知的最早的關於中國天文愛好者的工作，可能當屬段元星在1975年獨立發現天鵝座新星（V1500 Cyg）。目前已知的、上世紀八十至九十年代中國天文愛好者的工作，大多集中在太陽系天體的搜尋和觀測上，比如新疆周興明對新彗星的搜尋、武漢歐陽天晶對流星活動的無線電觀測、廈門陳棟華對流星雨的目視觀測等。下面我們會注意到，太陽系天體的觀測是愛好者比較集中的領域，因為太陽系天體時域特徵很強，而且觀測手段相對簡單，愛好者大有用武之地。

互聯網時代的到來極大地改變了業餘天文學的版圖。愛好者與職業工作者之間的互動達到了前所未有的程度。這一互動不僅包括人與人的互動（比如愛好者與職業科學家在論壇上的討論、電子郵件往來、以及正式與非正式的會議交流等），還包括愛好者對天文大數據的接觸，歐美學界將這一種互動稱為專業-業餘合作（Pro-Am Collaboration[3]）。Pro-Am最早是體育圈裡的用詞，指職業選手和業餘選手同場競技，用在公眾科學裡十分合適。

參與科研的中國天文愛好者

目前，天文愛好者參與科研的方式主要有兩種：一種是利用自己的設備參與科學研究；另一種是在公開發布的網路資料庫中挖掘。「自帶武器」參與科研這種方式可以上溯到赫歇爾時代，但互聯網使得信息交流便捷了很多，不同地域的愛好者與職業科學家可以高效地交換信息，並在短時間內組織對特定天文現象的觀測。

顯然，這對流星雨、近地小行星、超新星等時域天文事件最為有效。一個很好的例子是對即將撞擊地球的小行星2008 TC3的觀測：從小行星被發現到撞擊地球的短短20小時之內，世界各地的觀測者一共貢獻了883條測量數據，其中絕大部分來自愛好者。

在公開發布的網路資料庫中「尋寶」則是互聯網時代的新現象。而根據愛好者角色的不同，又可以分成兩種：一種是愛好者自發進行的研究，比如在資料庫中搜尋新天體或分析某星體的參數等；另一種是愛好者按照職業天文學家的指引完成某些任務，比如星系動物園計劃（Galaxy Zoo[4]）、行星獵手計劃（Planet Hunters[5]）等。像SETI@home[6]這樣以貢獻空閑的計算資源來參與科研的研究活動屬於後一種參與方式。

SETI@home可能是我國天文愛好者最早參與的網路公眾天文學項目。SETI@home自1999年5月開始運行，由加州大學伯克利分校主持，目的是用世界各地個人電腦上空閑的計算資源分析阿雷西博及綠岸望遠鏡採集的數據，以搜尋地外智慧生物發來的訊息。我沒有考證SETI@home在中國的歷史，但我自己也曾是SETI@home的早期（2000年前後）志願者之一，相信當時SETI@home在國內已有一定規模的用戶群體。

最早在網路資料庫里搜尋並成功發現新天體的是新疆博樂的周興明，他在和國內外愛好者交流中得知太陽和太陽風層探測器（Solar and Heliospheric Observatory, SOHO）的數據可用於搜尋彗星，並在2000年12月成功發現彗星C/2000 X4。到2013年8月止，我國共有25位愛好者成功在SOHO探測器的數據中發現過彗星，佔全球發現者總數的四分之一，其中陝西的周波以287顆彗星的總發現數居全球「彗星獵手」排行榜之首。

隨著這一活動的深入，愛好者的搜尋範圍也不局限於SOHO數據，其它比較有名的例子是亞利桑那大學Spacewatch的「快速移動天體」（Fast Moving Object, FMO）計劃（由亞利桑那大學的天文學家主持）以及JPL的「近地小行星追蹤」（Near-Earth Asteroid Tracking, NEAT）計劃（由愛好者自發進行），我國愛好者利用這些資料庫已經發現了近700顆小行星。

從上世紀九十年代末開始，遠程觀測及程式控制自主天文台技術（Robotic Autonomous Observatory）開始在天文愛好者中流行起來。2007年，烏魯木齊的天文愛好者高興在中科院新疆天文台以及眾多同好的支持和幫助下，在新疆天文台南山基地建立了星明天文台，這是我國第一座穩定運行的業餘程式控制天文台。星明天文台運行超過10年的「星明巡天計劃」（Xingming Observatory Sky Survey，XOSS）對北天進行反覆觀測，供各地愛好者自由搜尋新天體。

至今，全國各地的愛好者已經在星明天文台的數據中發現了約50顆超新星、3顆新彗星以及超過100顆小行星。除了為想參與科研的愛好者提供平台以外，星明天文台還促進了國內外職業天文工作者、業餘天文愛好者與公眾之間的互動。杭州天文愛好者陳嵩等人，藉助本職工作的專業背景，設計並製造了一台50厘米口徑的大視場望遠鏡，並捐贈給星明天文台使用。

星明天文台與中科院中國虛擬天文台合作的「公眾超新星搜尋項目」，由星明天文台提供觀測數據，中國虛擬天文台的科學家開發了軟體及前端，迄今已經吸引了近一萬人參與，共發現超新星22顆。

清華大學、中科院雲南天文台等單位的天文學家多次協助確認「星明巡天計劃」發現的超新星，而星明天文台也藉助經度優勢，幫助確認紫金山天文台發現的近地小行星。到目前為止，星明天文台的數據一共產生了15篇學術論文。職業科學家們為星明天文台提供了發展環境和空間，並和天文愛好者展開了良好互動，成就了我國公眾科學史上的一段佳話。

星明天文台的半米望遠鏡（Half-Meter Telescope, HMT），國內天文愛好者製作的口徑最大的設備之一，由杭州天文愛好者陳嵩等人發起設計、製造及組裝，目前已發現了十多顆小行星。圖片來源：星明天文台。

星明天文台與世界其他地區的天文台聯合觀測仙女座星系中的一顆新星，並貢獻了2010年10月一次爆發中的多數數據點。圖片來自Henze等[7]。

在星明天文台建立之後，我國的業餘程式控制天文台如雨後春筍般湧現。到目前為止，各地愛好者已建立了至少20座永久性的業餘程式控制天文台。大多數的程式控制天文台主要被用於天體攝影，但也有部分程式控制天文台在進行除攝影以外的觀測，比如西藏阿里的北冕天文台進行小行星、超新星搜索，蘇州綠野天文台進行小行星自轉觀測，陝西敷山天文台協助星明天文台進行超新星候選體確認等等。

2012-2017年間有向國際小行星中心上報觀測數據的內地天文台站。藍色圓點為專業台站，綠色圓點為業餘台站，藍綠各半的圓點表示此地既有專業也有業餘台站。港澳台地區及國外台站以灰色圓點表示。圖片來自作者本人。

除了常規的望遠鏡光學觀測以外，流星觀測也是近年我國天文愛好者熱衷的方向之一。早在上世紀八十年代，我國愛好者就參與了紫金山天文台組織的針對寶瓶座η流星雨的觀測[8]。近年來，隨著電子設備的小型化和網路化，攝像觀測已經基本取代了傳統的目視觀測目前國內天文愛好者已經在北京、珠江三角洲、山東青島、新疆烏魯木齊和西藏阿里地區建立了至少5個流星視頻監測網。除了目視和視頻觀測以外，武漢的歐陽天晶、大慶的張學軍以及廣東流星監測網也進行無線電流星觀測，並曾與日本天文愛好者進行聯合觀測。

在以上介紹的方向之外，還有愛好者在其他領域有所建樹，如研究脈衝星磁場震蕩模型並發表多篇論文的梁助興、考證小行星命名歷史的林景明、潘鼐，受篇幅所限，這裡就不展開介紹了。

中國天文愛好者的未來

我國活躍於科研的天文愛好者群體在過去數十年間從無到有，在新天體發現上成績尤為顯著，這是可圈可點的。但另一方面，我們也應注意到，除了單純搜尋新天體之外，還有許多很有意思的問題，值得靜下心來深入挖掘。愛好者大量扎堆於「短平快」的項目，長期來說不利於我國業餘天文的發展。

在公眾科學更為成熟的歐美國家和日本，「干一行、精一行」的愛好者並不少見。比如美國愛好者Bill Gray對天體力學有很深的造詣，他編寫的FindOrb軌道計算程序是小天體軌道計算的行業標準之一，在近地小行星研究中經常被使用；英國愛好者Peter Birtwhistle自2002年起就致力於進行新發現的近地小行星跟蹤工作，15年間協助定軌的近地小行星數目竟達5000多顆，他本人也籍此以個人身份加入了聯合國下屬的國際小行星警戒網（International Asteroid Warning Network）。

此外，德國愛好者Rainer Kracht對掠日彗星嚴謹而紮實的工作不僅讓他發現了以他的名字命名的彗星族，還受邀參加了多個與掠日彗星有關的研究項目；日本愛好者吉田誠一搜集整理彗星數據二十餘年，他維護的吉田彗星網是彗星領域最完整的彗星光變資料庫，被職業天文學家大量引用；美國愛好者David Bishop自1997年開始整理並歸檔所有的超新星發現，所維護的羅切斯特超新星資料庫也經常被職業天文學家使用。

這些「骨灰級」愛好者的出現，和歐美國家職業科學家對科學愛好者的高度包容和鼓勵是分不開的。這體現在頻繁的專業-業餘互動上，不僅包括線上（郵件往來）線下（學術會議）的互動，還包括創辦鼓勵專業科學家及愛好者之間、以同行評議等「行規」嚴肅交流研究成果的刊物，以及建立相關的學術組織促進職業科學家和愛好者之間的交流等等。這種交流並不是單向的，Gray、Birthwhistle等人的例子表明，職業科學研究也直接受惠於愛好者的貢獻。

儘管歐美國家也有「民科」，但所造成的雜音完全被職業科學家和科學愛好者的和諧互動所淹沒。

部分供愛好者進行交流的同行評議刊物，以及中國籍作者的發表比例。可以看到中國愛好者很少主動參與國際愛好者間同行評議級別的研究。圖片來自作者本人。

為什麼我國的公眾天文和歐美國家有很大的差距呢？我認為，關鍵原因在於我們對「業餘天文」的認識有失偏頗。

作為從天文愛好者成長起來的天文工作者，我有一點感受：無論天文工作者，還是天文愛好者，都普遍認為「業餘天文」等於「天文攝影」和「科普宣傳」，沒有充分認識到業餘天文（以及其背後的公眾科學）可以做很多很有科學價值和社會價值的事。

我曾嘗試和一位國內同事介紹星明巡天的工作，對方回了一句：「那個不是業餘的東西嘛。」我也曾建議國內一位資深愛好者參加一個專業-業餘互動的會議，回應是「那個不是專業的科研人員才去的？」就我的觀察來看，這兩位的態度在各自的群體中都有相當的代表性。要改善這種局面，首先需要我們能把公眾科學家和科學愛好者納入科學共同體，鼓勵和引導他們認真地發掘自己的興趣，而不是簡單地把他們視為「教育對象」。

當然，公平地說，許多接觸科研一線的天文愛好者主要活躍於行星天文領域。與歐美國家相比，我國在這個領域相對薄弱，能提供的支持暫時不能和歐美國家相比。但在公眾與科學界關係日益緊密的今天，尤其在多學科交叉和大科學數據的時代背景下，鼓勵有興趣、有能力的愛好者參與科學共同體的活動，對完善我國的科學學術生態圈，讓大家明白「科學意識」和「科學思維」是什麼，有著非常重要的意義。

這一方面，歐美國家的成功經驗值得我們的參考和借鑒。我在這裡以三點想法作為本文結語，希望能起到拋磚引玉的效果：

平等、雙向地促進專業-業餘圈的交流，鼓勵有興趣和能力的愛好者參加專業的學術會議。

創造機會讓愛好者和有興趣的公眾了解科研領域的新進展和新技術，創造機會鼓勵國內不同地域以及國內外愛好者建立定期交流機制，對共同感興趣的問題進行嚴謹的討論。

引入同行評議、英文摘要等學術共同體通行的制度，引導和鼓勵愛好者及感興趣的公眾系統化地描述他們的工作，並以准學術論文的方式發表。