“大数据+人工智能”催生公众参与科学

本文转自：文汇报

“大数据+人工智能”催生公众参与科学

“引力透镜搜寻”公众科学项目在沪启动，新的研究方式正在兴起 ■本报记者 沈湫莎

这个周末是国际天文馆日。昨天，上海科技馆与国家天文科学数据中心共同向公众发出邀请：加入引力透镜搜寻项目，在数千万个星系样本中寻找高质量的强引力透镜，用于研究宇宙中的物质分布、约束哈勃常数、宇宙学常数等问题。

和大部分公众科学项目一样，参与“引力透镜搜寻”的方式非常简单。登录项目主页，通过识别能力考核后，就能接收系统发送的星空图片，选择“是”“否”或者“不清楚”，即可参与天文研究。这是继2015年上线的“公众超新星搜寻”项目后，我国天文领域第二个公众科学项目。专家表示，我国已具备实施公众科学项目的土壤，即完善的数字基础设施和大批高素质网民。

美与稀有，寻找引力透镜的理由

何谓引力透镜？中国科学院国家天文台研究员李楠介绍，根据爱因斯坦的广义相对论，光线在经过大质量天体时会发生弯曲现象。如果有两个天体恰好位于我们的视线方向，当背景天体发出的光线经过前景天体时，会受到前景天体引力场的作用而发生会聚。这类似于透镜成像，故名“引力透镜现象”。

具体而言，如果前景星系的质量足够大，引发的时空扭曲足够强，那么该星系就相当于在宇宙中创造了一个放大镜。这样，原本位于后方的微弱星系发出的光，就会被前景星系的引力透镜效应放大，进而从不可见变为可见。

为何选择引力透镜作为公众科学项目？李楠表示，一是因为好看，二是因为稀少。引力透镜呈现的状态千奇百怪，比如，有一种奇观叫做“爱因斯坦环”，这是后方星系被前景星完全遮挡，后方星系的光从前景星系周围折射放大出来的状态。强引力透镜的科研价值很大，但它们极其稀少，大多数集中在星系和星系团尺度上。据统计，平均几千个星系中才可能存在一个高质量的强引力透镜。

数据爆炸，科研亟需大众“慧眼”

为何要让公众参与到科学研究之中？为何天文学在这方面走在了前头？中科院国家天文台副台长、中国空间站工程巡天望远镜科学工作联合中心主任刘继峰说，近年来，天文学开始从对单个天体的精细观测转变为大天区的巡天观测，新的观测方式带来了海量数据，如何存储、分析和呈现这些浩如烟海的数据，成了天文学家亟需解决的问题。比如，郭守敬望远镜（LAMOST）每年产生10TB数据，被誉为“中国天眼”的FAST每天产生50TB数据，平方千米射电望远镜阵（SKA）每秒就可产生50TB数据。

“大数据时代，我们要找到更多的强引力透镜，需要公众的参与。”李楠在演讲中说。2010年后，第三代巡天望远镜项目陆续投入使用，为天文学界提供了数千万个星系样本，其中可能包含几千个高质量的强引力透镜。在海量的星系中找出强引力透镜系统，是一项极具挑战的工作。于是，人工智能和基于大众科学的透镜查找成为新的主流科研方法。利用机器学习技术，科学家已经在多个巡天项目中找到2000多个高质量的透镜候选体，公众参与也给天文学界提供了不少候选体。

目前，公众登录引力透镜搜寻公众科学项目（LENSFINDER）网站主页，即可利用我国科学家自主研发的算法程序，从来自全球的真实宇宙图景照片中，分辨是否存在引力透镜现象。上海天文馆展教中心网络科普部部长施韡透露，未来，引力透镜搜寻项目还将为中国载人航天工程巡天空间望远镜（CSST）的科学发现提供助力。CSST的巡天模块效率是哈勃空间望远镜的300倍，其全周期预计将产生50PB-60PB（1PB=1024TB）的科学数据产品。

从聆听到参与，科普迈入2.0时代

在李楠看来，引力透镜搜寻项目的启动，意味着科普从1.0时代迈入了2.0时代，公众不再是坐着聆听科学家传授知识的听众，而是主动参与到科学研究中来，甚至会影响科学发展的进程。

“星系动物园”是公众科学领域的老牌明星项目，其志愿者工作成果著成的科学论文已有多篇，也涌现出普通公众观察星系获得的重大发现。例如，2008年8月，一名荷兰天文爱好者、小学教师汉尼·范·阿克尔在充当“星系动物园”工程的志愿者时，发现了一个奇怪的气态天体，这个天体中间有一个洞，可能是一种新型天体。经研究，它被命名为“汉尼的天体”。

我国首个天文公众科学项目叫做“公众超新星搜寻”，该计划的参与者不仅贡献计算资源，也直接参与搜寻工作。该项目启动以来，已累计发现超新星及河外新星候选体32颗。去年，一位10岁男孩发现了两亿光年外的疑似超新星。

如今，公众科学项目早已不限于天文学领域。以公众科学平台SciStarter为例，目前有2000多个项目在全球开展，类别包括生物学、生态与环境、医疗健康、社会科学等各领域，甚至还有“识别莎士比亚手稿”的项目。