葉泉志

(1. 加州理工學(xué)院天文系，加州 帕薩迪納　91125; 2. 加州理工學(xué)院紅外數(shù)據(jù)處理與分析中心，加州 帕薩迪納　91125)

業(yè)余科學(xué)家指從事科學(xué)研究、但并不以此為職業(yè)的人[1]。因為業(yè)余科學(xué)家的工作往往來自于強烈的興趣驅(qū)動，他們應(yīng)被視作科學(xué)愛好者群體的一部分：科學(xué)愛好者泛指對科學(xué)感興趣的人，而業(yè)余科學(xué)家則特指有針對性地從事科學(xué)研究的愛好者。出于語言習(xí)慣的考慮，以下我們不作細分，將任何從事科學(xué)研究的業(yè)余科學(xué)家統(tǒng)稱為 “愛好者”，但應(yīng)注意業(yè)余科學(xué)家相對于一般愛好者的獨特性。同時還要注意到業(yè)余科學(xué)家和所謂的 “民間科學(xué)家”(crank)的明顯區(qū)別： “民間科學(xué)家” 多不了解也不接受科學(xué)共同體的研究模式，而業(yè)余科學(xué)家仍然學(xué)習(xí)和使用科學(xué)方法系統(tǒng)性地研究問題。

“業(yè)余” 天文學(xué)家與 “職業(yè)” 天文學(xué)家的概念劃分最早出現(xiàn)于18世紀末的歐洲[2]。職業(yè)天文學(xué)家供職于國家或教育機構(gòu)的天文臺，而業(yè)余天文學(xué)家則一般自建天文臺來追求自己的興趣。作出重要貢獻的業(yè)余天文學(xué)家也可能被國家或教育機構(gòu)雇傭而轉(zhuǎn)為 “職業(yè)”，比如發(fā)現(xiàn)天王星的赫歇爾(William Herschel)和從事彗星搜索的龐斯(Jean-Louis Pons)。類似的劃分在19世紀中葉也出現(xiàn)在北美和澳洲[3-4]，業(yè)余天文學(xué)家亦開始做出更多貢獻，如拉瑟福德(Lewis Morris Rutherfurd)和羅伯茨(Isaac Roberts)等人在天文攝影術(shù)的探索。據(jù)估計，目前北美的業(yè)余天文學(xué)家群體約有500人左右，占北美天文愛好者總數(shù)的0.1%，數(shù)量上也僅為職業(yè)天文學(xué)家人數(shù)的1/10[5]。雙語文獻中還應(yīng)注意中文與英文在語義上的細微差比： “業(yè)余天文學(xué)家” 對應(yīng)的英文不是amateur astronomer(語義更接近“天文愛好者”)，而應(yīng)是citizen astronomer(直譯為“公眾天文學(xué)家”)。以下遵循現(xiàn)有的用語習(xí)慣，將citizen astronomy(-er)翻譯成業(yè)余天文學(xué)(家)。

我國古代的 “天學(xué)” 原為帝王之術(shù)，禁止百姓私習(xí)，這一情況在封建帝制結(jié)束之后有所改觀。隨著我國人民生活水平的提高，我國的天文教育也快速發(fā)展，開始有天文愛好者涉足研究領(lǐng)域，甚至發(fā)表同行評議的論文。隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)時代的到來，天文學(xué)也成為一門數(shù)據(jù)密集型學(xué)科，業(yè)余(公眾)天文學(xué)以及公眾科學(xué)的發(fā)展日新月異。文[6]對業(yè)余天文學(xué)的發(fā)展和現(xiàn)狀進行了詳細評述，但主要研究對象是歐美國家。我國的業(yè)余天文學(xué)起步晚，發(fā)展快，存在一定的特殊性。因此，本文嘗試對我國業(yè)余天文學(xué)的現(xiàn)狀進行研究和評述。

1　業(yè)余觀測

天文學(xué)最早起源于對夜空的觀測，目前觀測仍然是天文愛好者的主要活動。職業(yè)天文學(xué)家與愛好者的硬件水平原本差異不大，但隨著科技的進步和各國對基礎(chǔ)科學(xué)研究的重視，這一差異在20世紀變得愈發(fā)明顯，職業(yè)天文學(xué)研究早已不局限于可見光波段，但大多數(shù)愛好者仍然專注于可見光天文學(xué)。不過，盡管可見光天文學(xué)的發(fā)展已經(jīng)趨近飽和，時域天文學(xué)的興起以及信息科技的飛速發(fā)展仍然為愛好者提供了相當(dāng)大的空間。如今，愛好者級別的望遠鏡和CCD相機獲得的相片已經(jīng)可以媲美30～40年前大望遠鏡和昂貴的照相底片才能取得的相片，便攜式光譜儀等也開始步入商業(yè)市場，拓寬了愛好者的研究范圍。目前，天文愛好者在暫現(xiàn)事件和太陽系小天體的發(fā)現(xiàn)和觀測上仍發(fā)揮著重要作用。我國愛好者雖起步較晚，但即使在70～80年代仍有所成績，如我國段元星等人獨立發(fā)現(xiàn)1975年天鵝座新星(V1500 Cyg)，周興明獨立發(fā)現(xiàn)C/1983 H1等12顆彗星，歐陽天晶對流星活動的無線電觀測等。進入21世紀，我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)時代的到來迅速縮小了我國與國外愛好者的差距，體現(xiàn)在硬件、軟件配備以及活動思路上。

1.1　業(yè)余程控天文臺的興起

現(xiàn)代文明帶來的光污染及大氣污染，使得天文臺站不得不向越來越偏遠的地區(qū)遷移，與此同時，計算機的小型化以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展使得遠程觀測成為可能。早在1975年，文[7]已實現(xiàn)用微波網(wǎng)絡(luò)遠程控制一架75 cm的望遠鏡。能夠自主執(zhí)行觀測并適應(yīng)環(huán)境變化(諸如起云、下雨等)，同時不依賴人工干預(yù)的程控自主天文臺(Robotic Autonomous Observatory, RAO)在1984年問世。程控自主天文臺技術(shù)被大量應(yīng)用于目標明確的觀測項目，比如超新星巡天、伽馬暴余暉觀測等。文[8-9]詳細介紹了程控自主天文臺的歷史與現(xiàn)狀。

遠程觀測以及程控自主天文臺技術(shù)在20世紀90年代末開始在天文愛好者中使用。Bob Denny開發(fā)的天文公共組件模型(Astronomy Common Object Model, ASCOM)協(xié)議及相關(guān)軟件解決方案*http://acpx.dc3.com/，在業(yè)余天文臺站中使用廣泛，甚至部分專業(yè)天文臺站也有使用。相較于職業(yè)天文學(xué)家而言，愛好者的工作模式具有較大的隨意性，人工干預(yù)不僅不是技術(shù)壁壘，反而是觀測活動的組成部分之一。因此雖然許多業(yè)余天文臺的程序化程度已經(jīng)很高，但能達到程控自主階段的天文臺仍然較少，主要是用于教育或商業(yè)目的的網(wǎng)絡(luò)望遠鏡，比如布拉特福德望遠鏡*http://www.telescope.org/、iTelescope網(wǎng)絡(luò)*http://www.itelescope.net/等。

建立于2007年、臺址位于中國科學(xué)院新疆天文臺南山基地的星明天文臺是我國第1座穩(wěn)定運行的業(yè)余程控天文臺。星明天文臺由烏魯木齊的高興主持建設(shè)并運行，主要承擔(dān)愛好者主導(dǎo)的超新星、彗星巡天項目，獲取的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上公開，供全國各地數(shù)百位愛好者分析研究。星明天文臺也與中國虛擬天文臺合作開展公眾超新星搜尋項目*http://psp.china-vo.org/。除此以外，該臺也利用地理區(qū)位優(yōu)勢加入職業(yè)天文學(xué)家主導(dǎo)的時域天文研究[10-11]。從國際天文聯(lián)合會(International Astronomical Union, IAU)小行星中心天文數(shù)據(jù)庫來看，目前國內(nèi)活躍的業(yè)余觀測臺站，還有蘇州綠野天文臺等4處(圖1)；此外還有至少十余座以天文攝影為主的遠程天文臺，如西藏羊八井星河科研社天文臺、新疆南山若巖天文臺等。一份不完整的名單列于表1。

圖1在過去5年內(nèi)(2012～2017年)有向國際小行星中心上報數(shù)據(jù)的中國大陸臺站。藍色圓點為專業(yè)臺站，綠色圓點為業(yè)余臺站，藍綠各半的圓點表示此地既有專業(yè)也有業(yè)余臺站。

Fig.1Active astronomical observatories in mainland China that have submitted observations to the IAU Minor Planet Center in the past 5 years (2012-2017). Blue data points represent professional observatories; green data points represent citizen-built observatories. Mixed color points represent observatory sites that are occupied by both professional and citizen-own facilities

這些業(yè)余程控天文臺的臺站建筑多為愛好者自行設(shè)計建造，大多數(shù)位于郊區(qū)或野外的自有地，但也有少數(shù)與科研機構(gòu)合作，建造在科研機構(gòu)所有的地塊內(nèi)(如北冕天文臺、星明天文臺、星河科研社天文臺)。所用的設(shè)備及配套軟硬件(望遠鏡、相機、觀測設(shè)備控制等)絕大多數(shù)來自成熟的商業(yè)產(chǎn)品。近2/3的天文臺建成于過去3年，可見我國業(yè)余程控天文臺的數(shù)量呈快速增加的趨勢。但只有不到1/3的臺站獲得了國際天文聯(lián)合會編號。實際上，大多數(shù)程控天文臺主要用于天文攝影，這些臺站所有者的主要活動多以攝影作品的形式發(fā)表在網(wǎng)絡(luò)媒介上(如天文論壇、微博、微信公眾號等)，幾乎沒有涉及科學(xué)研究工作，像星明天文臺這樣由愛好者自發(fā)組織進行科學(xué)研究的例子十分少見。

值得注意的是，國內(nèi)職業(yè)天文學(xué)家也開始注意到愛好者的工作，并和他們展開合作，這表明我國天文界的專業(yè)-業(yè)余合作已經(jīng)起步。典型的例子有星明天文臺協(xié)助紫金山天文臺確認近地小行星2017 BM3[12]以及清華大學(xué)的王曉峰課題組幫助認證星明天文臺發(fā)現(xiàn)的超新星[13]等。

1.2　暫現(xiàn)源及太陽系小天體的觀測

暫現(xiàn)源指可見時間短暫的天文事件，如超新星爆發(fā)、新星增亮、太陽系小天體(小行星、彗星等)的回歸等等。由于多數(shù)暫現(xiàn)源的出現(xiàn)無法提前預(yù)知，專業(yè)大型設(shè)備很難充分發(fā)揮其長處，因此為愛好者留下一定的活動空間。愛好者在新天體的發(fā)現(xiàn)上貢獻尤多：直到不久前，業(yè)余愛好者發(fā)現(xiàn)的超新星占每年超新星發(fā)現(xiàn)總量的10%以上[6]；近年一些比較明亮或獨特的新彗星也是愛好者發(fā)現(xiàn)的，比如C/2011 W3(Lovejoy)、332P/Ikeya-Murakami等[14-15]。此外，由于愛好者的分布遠較職業(yè)天文學(xué)家的分布更廣，他們往往能對新事件或新天體進行快速跟蹤觀測，為日后科學(xué)研究提供重要數(shù)據(jù)，如2008年撞擊地球的小行星2008 TC3、2015年爆發(fā)的彗星15P/Finlay等[16-17]。

即使在上世紀七八十年代，我國也有愛好者活躍于新天體的搜尋，如段元星、周興明等，但由于技術(shù)和通信上的限制，所作出的發(fā)現(xiàn)大多晚于國外天文學(xué)家及愛好者(不過，盡管沒有得到命名權(quán)，周興明獨立發(fā)現(xiàn)C/1990 N1(Tsuchiya-Kiuchi)和122P/de Vico仍然為國際天文聯(lián)合會所認可)。我國愛好者首次真正意義上的領(lǐng)先發(fā)現(xiàn)，應(yīng)屬河南張大慶在2002年發(fā)現(xiàn)的池谷-張彗星(153P/Ikeya-Zhang)。在此之后，我國愛好者又發(fā)現(xiàn)了3顆彗星[C/2008 C1(Chen-Gao), 325P/Yang-Gao, C/2015 F5(SWAN-Xingming)]、至少32顆超新星、6顆新星以及將近100顆小行星，幾乎全部由星明天文臺發(fā)現(xiàn)。除了新天體搜尋及發(fā)現(xiàn)以外，對已知天體的跟蹤觀測也是愛好者經(jīng)常進行的課題，如星明天文臺加入全球彗星聯(lián)測網(wǎng)[18]，綠野天文臺的劉君達對(2729)Urumqi等多顆小行星的自轉(zhuǎn)周期測量[19-21]等。此外，小行星掩星也很受愛好者關(guān)注。小行星掩星是一種特殊的暫現(xiàn)現(xiàn)象，只有掩星帶內(nèi)才能觀測到，而愛好者分布廣泛、機動性高，在掩星事件的監(jiān)測上具有很大優(yōu)勢。在這方面作出工作的有張學(xué)軍、陳棟華等等*見陳棟華， “小行星掩星觀測攻略”， 《天文愛好者》 2005年第4期；張學(xué)軍， “聯(lián)測10199號小行星掩星”， 《天文愛好者》 2015年第6期。

1.3　流星觀測

流星本質(zhì)上是一種大氣現(xiàn)象，但其成因與天文學(xué)研究對象直接相關(guān)，因此一般被納入天文學(xué)的研究范疇。由于流星可在任何時間、任何地點出現(xiàn)，且單顆流星只能在流星出現(xiàn)點下方不大的一塊區(qū)域內(nèi)看見，難于用常規(guī)的天文學(xué)研究手段大量獲取數(shù)據(jù)，因此愛好者在流星研究上發(fā)揮著很大作用。

目視流星觀測是一項歷史悠久又簡單易行的活動。歷史上，目視觀測法也是最常用和有效的流星觀測方法之一，直到近年才逐漸被流星攝像監(jiān)測網(wǎng)取代。國際流星組織(International Meteor Organization, IMO)是國際流星研究的專業(yè)組織，匯集自1982年起世界各地的目視流星觀測報告并作分析研究。根據(jù)已發(fā)表的文獻來看，我國現(xiàn)代的目視流星觀測最早開始于20世紀80年代對寶瓶座η流星雨的監(jiān)測[22]，參與國際流星組織聯(lián)測的最早者是武漢的歐陽天晶(1989年)。隨著我國天文愛好者群體的壯大，我國參與國際流星組織聯(lián)測的人數(shù)也迅速增加。從近年英仙座流星雨的國際聯(lián)測活動來看，有10～20的報告都來自中國內(nèi)地(圖2。有趣的是，近年唯一一次無中國愛好者參與的英仙座流星雨聯(lián)測活動為2008年，原因可能是英仙座流星雨活動時間正值北京奧運會)。但盡管參與人數(shù)有明顯的上升趨勢，我國觀測者的總觀測時長仍然很短，僅占全球總觀測時長的1%不到。即使是觀測數(shù)據(jù)貢獻最多者，每年也僅貢獻10小時左右的數(shù)據(jù)，低于國際流星組織的平均值(30小時/人)，說明我國能堅持進行目視流星觀測的愛好者仍然很少。

流星攝像監(jiān)測網(wǎng)利用攝像設(shè)備取代人眼記錄流星，可以大大節(jié)省人力支出，還可以盡量排除觀測者主觀因素的影響。近年來，隨著攝像設(shè)備的小型化和網(wǎng)絡(luò)化，流星攝像監(jiān)測網(wǎng)得到很大發(fā)展，其中相當(dāng)大的比例仍然由業(yè)余天文學(xué)家建設(shè)和運行。后期數(shù)據(jù)處理多依賴于商業(yè)化解決方案，如SonotaCo的UFO系列軟件[23]。我國第1個固定運行的流星監(jiān)測網(wǎng)是北京天文館主持建設(shè)的火流星監(jiān)測網(wǎng)，自2010

年開始運行；第1個由愛好者建設(shè)的流星監(jiān)測網(wǎng)是廣東流星監(jiān)測網(wǎng)*http://www.theskylab.org/，自2012年開始運行。至今為止，各地愛好者還在山東青島、新疆烏魯木齊和西藏阿里一帶建成流星監(jiān)測網(wǎng)，簡要情況參見表2。除了流星的攝像監(jiān)測以外，也有部分愛好者嘗試對流星進行光譜觀測，如文[24]的工作。

圖2中國內(nèi)地英仙座流星雨觀測報告所占比例隨時間的變化。數(shù)據(jù)來自國際流星組織英仙座流星雨聯(lián)測分析報告

Fig.2Fraction of Perseid observing reports made in mainland China versus time. Data obtained from the annual analysis of Perseid meteor shower made by the International Meteor Organization

流星產(chǎn)生的余跡能反射電磁波，因此可以在無線電波段觀測流星。無線電流星觀測分為主動和被動兩種，觀測者主動發(fā)射無線電脈沖并利用反射的信號觀測流星，稱為主動觀測；觀測者接收遠處發(fā)射臺(如遠方的調(diào)頻廣播臺等)的信號，稱為被動觀測。被動觀測因為所需儀器簡單，更為觀測者常用。武漢的歐陽天晶從20世紀90年代起堅持進行無線電流星觀測，并參與了國際無線電流星聯(lián)測項目[25]。上文提及的廣東流星監(jiān)測網(wǎng)也在進行被動無線電觀測。主動無線電觀測一般利用雷達進行。雷達成本較高，且涉及政策管控問題，很少有愛好者使用。但無線電愛好者常用的業(yè)余無線電頻段也可以進行主動無線電觀測。大慶的張學(xué)軍在1998年獅子座流星雨期間曾進行過這類試驗*見寇文， “流星的業(yè)余無線電觀測”， 《星光快訊》 2002年第6期。

2　數(shù)據(jù)挖掘

天文學(xué)早已邁入大數(shù)據(jù)時代，各種時域天文學(xué)巡天項目如卡塔琳娜巡天(Catalina Sky Survey)、泛星計劃(Pan-STARRS)和大口徑綜合巡天望遠鏡(Large Synoptic Survey Telescope)等，已經(jīng)或即將產(chǎn)生千兆字節(jié)量級的數(shù)據(jù)[26]。這些海量的數(shù)據(jù)不僅幫助職業(yè)天文學(xué)家以更高的時間分辨率研究他們感興趣的目標，還為愛好者提供了廣闊的探索空間。愛好者參與大數(shù)據(jù)挖掘主要有兩種方式：(1)愛好者自發(fā)進行的探索，比如在巡天項目發(fā)布的圖片中搜尋新天體；(2)職業(yè)天文學(xué)家設(shè)計好課題，請愛好者協(xié)助分析獲取的數(shù)據(jù)，比如星系動物園(Galaxy Zoo)、(系外)行星獵手(Planet Hunters)等。

2.1　愛好者自發(fā)進行的研究

愛好者對數(shù)據(jù)的自發(fā)探索幾乎完全以發(fā)現(xiàn)新天體為主要目標。20世紀90年代后期，互聯(lián)網(wǎng)在我國開始普及，極大地降低了我國愛好者獲取數(shù)據(jù)資料的技術(shù)門檻。第1個利用公開數(shù)據(jù)搜尋并成功發(fā)現(xiàn)新天體的是新疆的周興明，他在2000年發(fā)現(xiàn)彗星C/2000 X4(SOHO)。太陽和太陽風(fēng)層探測(Solar and Heliospheric Observatory, SOHO)衛(wèi)星是美國航空航天局與歐洲航天局聯(lián)合發(fā)射的一顆太陽觀測衛(wèi)星，其主要目的是研究太陽，但意外發(fā)現(xiàn)其日冕儀可以用來觀測掠日彗星。自1996年SOHO課題組的科學(xué)家S. Stezelberger發(fā)現(xiàn)首顆SOHO彗星之后，已有100多位世界各地的研究人員(絕大多數(shù)為業(yè)余愛好者)成功從太陽和太陽風(fēng)層探測衛(wèi)星觀測的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)彗星。自周興明發(fā)現(xiàn)首顆SOHO彗星后，我國SOHO彗星搜尋者的群體迅速壯大。至2013年8月，我國共有25位愛好者成功發(fā)現(xiàn)SOHO彗星*見孫霈源，http://cometobserver.lamost.org/search/comet/sohorank.pdf，占所有SOHO彗星發(fā)現(xiàn)者總數(shù)的1/4，其中陜西周波以287顆彗星的總發(fā)現(xiàn)數(shù)居全球彗星獵手排行榜之首。

除SOHO數(shù)據(jù)庫以外，近地小行星追蹤(Near-Earth Asteroid Tracking, NEAT)數(shù)據(jù)庫亦常為愛好者用于發(fā)現(xiàn)新天體。項目使用帕洛瑪天文臺1.2 m施密特望遠鏡以及夏威夷哈里亞克拉1.2 m反射望遠鏡搜尋近地小行星，至2010年共拍攝了69萬張圖片，所有圖片可在SkyMorph網(wǎng)站獲取*https://skyview.gsfc.nasa.gov/skymorph/skymorph.html。自2001年開始有愛好者利用這一數(shù)據(jù)庫搜尋被遺漏的小行星。我國愛好者自2005年發(fā)現(xiàn)首顆NEAT小行星以來，至2014年7月，累計已有7位愛好者發(fā)現(xiàn)655顆小行星*http://www.skaw.sk/discoverers-list-skymorph-archive.htm。除了極早期的愛好者發(fā)現(xiàn)以外，近地小行星追蹤數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)的小行星，發(fā)現(xiàn)權(quán)及命名權(quán)均歸屬近地小行星追蹤課題組。

2.2　職業(yè)天文學(xué)家主導(dǎo)的研究

職業(yè)天文學(xué)家主導(dǎo)的業(yè)余天文學(xué)研究可大致分為兩類：(1)目視分析，指公眾協(xié)助職業(yè)天文學(xué)家，按照指定的方式對大量數(shù)據(jù)進行人工分析；(2)志愿計算，指公眾利用空閑的計算資源，協(xié)助職業(yè)天文學(xué)家進行大數(shù)據(jù)的處理。

公眾科學(xué)目視分析項目的產(chǎn)生直接源自現(xiàn)代天文巡天產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)：形態(tài)復(fù)雜的目標難以完全依賴計算機進行研究，而研究人員的人力資源又有限。第1個實現(xiàn)公眾科學(xué)目視分析的Stardust@home*http://stardustathome.ssl.berkeley.edu/，志愿者們需要人工檢查星塵號探測器拍攝的接近3 000萬張照片以尋找星際塵埃留下的痕跡[27]。繼承了Stardust@home的星系動物園項目*https://www.galaxyzoo.org/則需要志愿者對數(shù)十萬個星系進行人工分類。星系動物園項目大獲成功，在其基礎(chǔ)上誕生了橫跨天文學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等多個學(xué)科的Zooniverse平臺，公眾科學(xué)家可以在上面尋找自己感興趣的課題加入。這些項目和平臺主要使用英語進行交流，盡管有志愿者提供了內(nèi)容簡介和分析指引的中文譯本，但我國愛好者的參與程度仍然不高。以星系動物園為例，Raddick等在2013年進行的調(diào)查表明，來自中國的參與者只占被調(diào)查用戶總數(shù)的0.8%，而來自英語國家(美國、英國、加拿大、澳大利亞等)的用戶所占比例則為70%左右[28]。相比之下，我國愛好者參與程度較高的目視分析項目，仍然集中在以發(fā)現(xiàn)新天體為主要目標的項目，如亞利桑那大學(xué)Spacewatch課題組發(fā)起的快速移動天體搜索項目[29]，至2005年該項目結(jié)束，我國愛好者占志愿者總數(shù)的20%左右，共發(fā)現(xiàn)了6顆近地小行星；依托于國家天文臺的中國動手天文在2008～2010年前后也組織北京等地的學(xué)生參加國際小行星搜尋活動，共發(fā)現(xiàn)7顆小行星*見郭紅鋒， “第四期國際小行星搜尋活動捷報頻傳”， 《中國科技教育》 2010年第1期。這說明語言障礙不是阻礙我國愛好者參與國際項目的主要因素。

志愿計算只需要利用空閑的計算資源，對志愿者來說參與成本更低。第1個業(yè)余天文領(lǐng)域的志愿計算項目是搜尋外星信號的SETI@home，在此基礎(chǔ)上發(fā)展出伯克利開放式網(wǎng)絡(luò)計算平臺(Berkeley Open Infrastructure for Network Computing, BOINC)，吸納了許多不同領(lǐng)域的志愿計算項目。在天文領(lǐng)域的項目中，SETI@home仍然是其中最熱門的項目，除此以外還有搜尋脈沖星引力波的Einstein@home，對銀河系進行建模的MilkyWay@home，以及通過光變曲線分析小行星形狀的Asteroid@home等等。盡管有專門的中文站點推廣伯克利開放式網(wǎng)絡(luò)計算平臺(中國分布式計算總站*http://www.equn.com/)，中國科學(xué)院高能物理研究所還推出了單獨的計算項目CAS@home，專門用于支持中國科學(xué)家主導(dǎo)的項目，但從伯克利開放式網(wǎng)絡(luò)計算平臺網(wǎng)站上的統(tǒng)計來看，我國的貢獻仍與歐美國家甚至日本有明顯差距(中國大陸的月平均得分排在252個國家和地區(qū)的第17位)，且用戶的平均貢獻也較低(排在第187位)。這再次說明語言障礙和政策導(dǎo)向不是我國愛好者參與意愿較低的主要因素。

除以上介紹的方向之外，還有一些愛好者在其他領(lǐng)域有所建樹，如研究脈沖星磁場振蕩模型的梁助興[30]、考證小行星命名歷史的林景明*見林景明， “尋根究底追Juewa——139號小行星姓甚名誰”， 《天文愛好者》 2017年第7期、研究天文學(xué)史并著書的潘鼐*如潘鼐， 《中國恒星觀測史》，學(xué)林出版社等。但總得來說，業(yè)余觀測和數(shù)據(jù)挖掘仍然是業(yè)余天文學(xué)家主要涉及的領(lǐng)域。

3　討　論

3.1　業(yè)余天文學(xué)家的動機

是什么驅(qū)動著業(yè)余天文學(xué)家進行研究呢？Price和Paxson、Raddick等人分析了歐美國家的愛好者參與數(shù)據(jù)挖掘項目的主要動機[28,31-32]并指出，對天文(或者所研究領(lǐng)域)的興趣、對科學(xué)研究的熱情以及對宇宙壯麗的欣賞都是主要因素，而在研究過程中結(jié)識朋友、學(xué)習(xí)新知識和得到樂趣則相對不那么重要。然而，針對中國業(yè)余天文學(xué)家的調(diào)查仍然缺乏。因此，我們設(shè)計了一份調(diào)查問卷，發(fā)放給社交軟件QQ上 “星明天文臺巡天群” 的參與者。調(diào)查內(nèi)容包括參與者所在省市、年齡階段、性別、最高學(xué)歷、職業(yè)、是否職業(yè)天文工作者以及主要參與動機。參與動機共分為8項，動機的選擇參考了文[28]的調(diào)查結(jié)果，分別是：

(1)為科學(xué)研究做貢獻(2)學(xué)習(xí)天文學(xué)有關(guān)知識(3)發(fā)現(xiàn)新天體

(4)認識志同道合的朋友(5)教授知識和幫助他人(6)欣賞宇宙之美

(7)獲得樂趣(8)對天文感興趣

我們回收了105份有效問卷，在排除職業(yè)天文工作者(包括天文專業(yè)的學(xué)生)后，共有有效問卷97份。這是否能有效代表中國的業(yè)余天文學(xué)家群體呢？根據(jù)社交網(wǎng)站相關(guān)話題的熱度以及天文論壇的用戶數(shù)來看(如 “知乎” 關(guān)注 “天文學(xué)” 話題的用戶數(shù)，百度 “天文吧” 的用戶數(shù)等)，關(guān)注天文類話題的用戶約為10～100萬量級；每日活躍用戶(如 “牧夫” 天文論壇、 “天之文” 論壇)以及針對性較高的討論區(qū)的用戶數(shù)(如 “知乎” 關(guān)注 “天體物理學(xué)” 話題的用戶數(shù)，百度 “天文愛好者吧” 的用戶數(shù)等)大約在1 000～10萬之間，由此估計國內(nèi)天文愛好者的數(shù)量應(yīng)在1～10萬這個量級。按照北美地區(qū)天文愛好者與業(yè)余天文學(xué)家的比例[5]，國內(nèi)的業(yè)余天文學(xué)家群體應(yīng)在10～100人左右。同時北美地區(qū)職業(yè)天文學(xué)家與業(yè)余天文學(xué)家之比約為10∶1[5]?？紤]到中國天文學(xué)會目前的會員數(shù)為2 000左右*參見 《科技導(dǎo)報》 2011年第21期，國內(nèi)業(yè)余天文學(xué)家的數(shù)量應(yīng)在200上下。我們注意到這幾個數(shù)字在數(shù)量級上相互吻合，因此可以認為調(diào)查非常有效地覆蓋了中國的業(yè)余天文學(xué)家群體。

參與者的統(tǒng)計情況以及和星系動物園統(tǒng)計結(jié)果的比較參見圖3及圖4。從參與者的基本構(gòu)成來看，觀察到以下幾點：

(1)過半的參與者來自經(jīng)濟發(fā)達省份。

(2)參與者大多為男性(92%)，這與星系動物園的調(diào)查結(jié)果相近(82%)，但男女比例更為懸殊。

(3)過半的參與者為學(xué)生(60%)，其次是專業(yè)人員(12%)、普通職員(8%)、企業(yè)管理者(5%)和自由工作者(4%)，來自這五類職業(yè)的參與者占總參與者的90%。學(xué)生和專業(yè)人員所占比例大大高于我國互聯(lián)網(wǎng)用戶中的對應(yīng)比例(25%, 5%)*參見中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心， 《第39次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》，http://www.cnnic.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/201701/P020170123364672657408.pdf。

(4)年齡構(gòu)成也印證了職業(yè)構(gòu)成的結(jié)果：69%的參與者不到25歲，顯示出學(xué)生所占比例很高。這與星系動物園參與者的年齡構(gòu)成(參與者集中在25～55歲年齡段)完全不同，15～24歲年齡段的參與者也明顯高于對應(yīng)年齡段的互聯(lián)網(wǎng)用戶所占比例，顯示出我國青少年一代有很高的參與熱情。

(5)參與的學(xué)生包括大、中學(xué)生(可能還有部分小學(xué)生，但調(diào)查問卷未作細分)，但以高中生為主。在已邁入工作崗位的參與者中，持有本科或?qū)？茖W(xué)歷的參與者占多數(shù)，但也有少量參與者為高中學(xué)歷。有意思的是，參與者中沒有已獲得研究生學(xué)歷的人，但有在讀研究生(占總調(diào)查群體的3%)，這可能與我國青年一代受教育程度迅速提升有關(guān)。這與星系動物園的調(diào)查結(jié)果有相似之處，即已畢業(yè)的參與者以高學(xué)歷者為主，但星系動物園的參與者普遍有研究生學(xué)歷(54%)。

圖3“星明天文臺巡天群” 調(diào)查參與者的基本情況，第1行從左到右分別為省市、性別、職業(yè)分布，第2行從左到右分別為年齡和學(xué)歷構(gòu)成。星系動物園的數(shù)據(jù)來自文[28]；中國互聯(lián)網(wǎng)用戶的年齡分布來自2017年1月發(fā)布的第39次 《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》。中國互聯(lián)網(wǎng)用戶年齡分布的分組較另外兩組數(shù)據(jù)更寬，為10年一組。為了便于比較，星系動物園和中國互聯(lián)網(wǎng)用戶的數(shù)據(jù)均乘以一個系數(shù)，使得25～29歲年齡段的數(shù)值與本調(diào)查的數(shù)值相同從參與動機的構(gòu)成來看，最主要的參與動機分別是對天文感興趣(共有41%的受訪者認為這是最重要的參與動機)，最不重要的參與動機分別是教授知識和幫助他人(12%的受訪者)。對天文感興趣是我國愛好者參與星明天文臺巡天項目的主要動機，教授知識和幫助他人是次要動機，這兩點和星系動物園調(diào)查的結(jié)果相似；但本調(diào)查的參與者認為學(xué)習(xí)知識、獲得樂趣和認識朋友也是關(guān)鍵因素，這與星系動物園的參與者不同。

Fig.3Demographics of the participants that take the questionnaire survey of the Xingming Observatory Survey Group. The upper panel is the geographic distribution (left), gender distribution (center) and occupation distribution (right). The lower panel is the age and education distribution (left to right). Age distribution from Galaxy Zoo is extracted from the work of Raddick et al.[28]; age distribution of the Internet users in the People′s Republic of China is extracted from the 2017 Annual Report from the China Internet Network Information Center, which is binned differently (10 years per group) compared to the other two sets of data. For clarify, the data from the Galaxy Zoo and Chinese Internet users have been scaled such that the data values of the 25-29 years old group equal to that of the questionnaire survey

值得注意的是，雖然前文提及我國愛好者熱衷于發(fā)現(xiàn)新天體并有顯著成績，但從調(diào)查結(jié)果來看，發(fā)現(xiàn)新天體不是愛好者參與星明天文臺巡天的最主要動機，這一對結(jié)果是否相互矛盾呢？我們認為，這說明我國愛好者的研究興趣具有一定的可塑性，并不局限于新天體發(fā)現(xiàn)。近年來我國愛好者屢屢發(fā)現(xiàn)新天體，在國內(nèi)天文愛好者群體內(nèi)引起了很大反響；而新天體搜索上手簡單，周期短、見效快，容易給愛好者帶來樂趣，大量的參與者形成了自己的小社區(qū)，滿足了愛好者 “學(xué)習(xí)天文知識”、 “獲得樂趣” 和 “認識朋友” 的需求。長期監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析等項目周期長，參與門檻高，難于滿足愛好者的需求，因此參與度低。但若加以合適引導(dǎo)，愛好者對這些項目的參與度是有提升空間的。

此外，雖然語言障礙不是阻礙我國愛好者參與國際項目的主要因素，但客觀上也增加了我國愛好者與國外愛好者交流的難度。國外愛好者辦有同行評議的刊物供業(yè)余科學(xué)家發(fā)表成果及交流，來自我國的文章也很少見(表3)。這些現(xiàn)象固然與愛好者的個人興趣有關(guān)，但也反映出我國愛好者缺乏有效的引導(dǎo)和激勵，導(dǎo)致成果出口集中于短、平、快的項目。

3.2　中國業(yè)余天文學(xué)的未來

對于熱衷觀測的業(yè)余天文學(xué)家來說，大數(shù)據(jù)天文學(xué)和時域天文學(xué)的發(fā)展正快速蠶食他們的空間，超新星、彗星等新天體的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)基本被職業(yè)天文學(xué)家壟斷，新發(fā)現(xiàn)的天體越來越暗弱，愛好者難于協(xié)助確認。下一代快速巡天項目，如茲維基巡天設(shè)施(Zwicky Transient Facility)和大口徑綜合巡天望遠鏡的上線，將進一步壓縮業(yè)余愛好者的空間。此外隨著愛好者采集的數(shù)據(jù)量不斷增加，他們自己也會面臨大數(shù)據(jù)的處理問題，比如搜尋新天體的愛好者往往需要編寫或購買商用程序處理更大量級的數(shù)據(jù)。但應(yīng)該注意的是，下一代快速巡天項目多位于西半球，而東半球的觀測設(shè)施仍然相對缺乏，我國愛好者的地理位置優(yōu)勢使得他們?nèi)匀辉谝欢ǔ潭壬夏芘c職業(yè)天文學(xué)家實現(xiàn)互補。因此，對于變化速度很快的暫現(xiàn)事件(如明亮的超新星事件、彗星爆發(fā)等)，我國愛好者仍然具有很大潛力。此外，對職業(yè)天文學(xué)家較少或較難涉及的冷門領(lǐng)域，愛好者也有很大的發(fā)展空間，如流星觀測、隕石目擊及搜尋、大行星監(jiān)測等。

圖4“星明天文臺巡天群” 調(diào)查參與者的參與動機與星系動物園調(diào)查結(jié)果[32]的比較。本調(diào)查的動機選取與星系動物園調(diào)查的動機[32]選取大致相同，只是將 “教授知識”(Teaching)和 “幫助他人”(Helping)， “欣賞宇宙之美”(Beauty)和 “欣賞宇宙的廣博”(Vastness)，以及 “對天文感興趣”(Astronomy)和 “對科學(xué)感興趣”(Science)各合并為一項，同時去掉了 “星系動物園”(Zoo)和 “其他”(Other)兩項

Fig.4Motivation of the participants that take the questionnaire survey of the Xingming Observatory Survey Group versus the result of the Galaxy Zoo survey[32]. The choice of the motivation elements is largely identical to the Galaxy Zoo survey[32], except for merging “Teaching” and “Helping”, “Beauty” and “Vastness”, “Astronomy” and “Science” into three single elements, and removing the elements of “Zoo” and “Other”

在大數(shù)據(jù)處理和分布式計算方面，我國的網(wǎng)民數(shù)量位居世界第一，智能手機的普及率也居世界前列，公眾參與大數(shù)據(jù)科學(xué)有著很大潛力。中國虛擬天文臺和星明天文臺合作運行的公眾超新星搜尋項目以及CAS@home項目都是很好的嘗試。我國已建成500 m口徑球面射電望遠鏡，加入平方千米陣，準備建設(shè)12 m大視場光學(xué)紅外望遠鏡等新的光學(xué)巡天設(shè)備。這些大科學(xué)裝置將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。依靠大數(shù)據(jù)處理和分布式計算可以進一步對這些數(shù)據(jù)進行挖掘，提升其科學(xué)產(chǎn)出。因此，這些大科學(xué)裝置的建成應(yīng)被視為我國公眾科學(xué)發(fā)展的契機。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，青少年占據(jù)我國天文愛好者群體中極大的比重，我國愛好者對寓教于樂式的學(xué)習(xí)也有很大興趣。盡管我國業(yè)余天文學(xué)家此前的貢獻主要集中在新天體的發(fā)現(xiàn)上，但獲得新發(fā)現(xiàn)并不是他們參與天文研究的主要動機，因此他們的研究興趣具有很大的可塑性。在這方面，歐美日等國的經(jīng)驗值得參考和借鑒，比如：

?提供專供愛好者發(fā)表學(xué)術(shù)小論文的刊物(或者在已有刊物上提供版面或發(fā)行增刊)，引入同行評議、英文摘要等學(xué)術(shù)共同體通行的制度，引導(dǎo)愛好者將他們的工作系統(tǒng)化，同時鼓勵國內(nèi)不同地域和國內(nèi)外愛好者之間的交流。

?鼓勵高階愛好者建立定期交流機制，能對共同感興趣的問題進行嚴肅的討論，同時鼓勵有興趣和能力的愛好者參與專業(yè)的學(xué)術(shù)會議。

?創(chuàng)造機會讓愛好者了解科研領(lǐng)域的新進展和新技術(shù)，如數(shù)據(jù)自動化處理、機器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)管理等。

總之，如何讓我國公眾和愛好者認識到科學(xué)除了新發(fā)現(xiàn)以外的其他研究方向，提升他們對科學(xué)研究的總體熱情，是一個值得思考的問題。

4　結(jié)　語

我國的業(yè)余天文學(xué)在最近一二十年取得了很大發(fā)展，天文愛好者在新天體的搜尋和發(fā)現(xiàn)上成績尤其顯著。但與歐美國家相比，我國業(yè)余天文學(xué)在廣度和深度上還有不小的差距，公眾和愛好者的興趣單一，職業(yè)科學(xué)家、愛好者和公眾的互動仍然較少。隨著經(jīng)濟水平和受教育程度的不斷提升，我國公眾對自然科學(xué)的興趣在不斷增加，天文愛好者群體也在迅速發(fā)展壯大，我國的業(yè)余天文學(xué)有著巨大的潛力。實現(xiàn)這一潛力有助于促進我國科研和教育實力的提升。

致謝：感謝陳棟華、崔辰州、梁助興、林景明和張學(xué)軍對本文的仔細審讀及寶貴意見，同時感謝 “星明天文臺巡天群” 成員對本文所作調(diào)查的積極參與。

參考文獻：

[1]Stebbins R A. Avocational science: the amateur routine in archaeology and astronomy[J]. International Journal of Comparative Sociology, 1980, 21(1): 34-48.

[2]Cunningham C J, Orchiston W. The clash between William Herschel and the great German ‘a(chǎn)mateur’ astronomer Johann Schroeter[M]// New Insights From Recent Studies in Historical Astronomy. 2005: 205-222.

[3]Orchiston W. Amateur-professional collaboration in Australian science: the earliest astronomical groups and societies[J]. Historical Records of Australian Science, 1998, 12(2): 163-182.

[4]Williams T R. Getting organized: a history of amateur astronomy in the United States[C]// ASP Conference Proceedings. 2000.

[5]Gada A, Stern A H, Williams T R. What motivates amateur astronomers? [C]// ASP Conference Proceedings. 2000.

[6]Marshall P J, Lintott C J, Fletcher L N. Ideas for citizen science in astronomy[J]. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 2015, 53: 247-278.

[7]Colgate S A, Moore E P, Carlson R. A fully automated digitally controlled 30-inch telescope[J]. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 1975, 87: 565-575.

[8]Castro-Tirado A J. Robotic Autonomous Observatories: a historical perspective[J]. Advances in Astronomy, 2010, 2010: 1-8.

[9]崔辰州, 李建, 蔡栩, 等. 程控自主天文臺網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展[J]. 天文學(xué)進展, 2013, 31(2): 141-159.

Cui Chenzhou, Li Jian, Cai Xu, et al. Robotic Autonomous Observatory network review[J]. Progress in Astronomy, 2013, 31(2): 141-159.

[10]Henze M, Pietsch W, Haberl F, et al. Supersoft X-rays reveal a classical nova in the M 31 globular cluster Bol 126[J]. Astronomy & Astrophysics, 2013, 549: A120-A134.

[11]Ye Q Z, Hui M T, Brown P G, et al.When comets get old: a synthesis of comet and meteor observations of the low activity comet 209P/LINEAR[J]. Icarus, 2016, 264: 48-61.

[12]Tan H, Gao X. 2017 BM3[J]. Minor Planet Electronic Circulars, 2017, 2017(B51): 1.

[13]Pastorello A, Wang X F, Ciabattari F. Massive stars exploding in a He-rich circumstellar medium-IX. SN 2014av, and characterization of Type Ibn SNe[J]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2016, 456(1): 853-869.

[14]Amorim A. Comet C/2011 W3 (Lovejoy) [C]// International Astronomical Union Circulars. 2011.

[15]Kleyna J T, Ye Q Z, Hui M T, et al. The progressive fragmentation of 332P/Ikeya-Murakami[J]. The Astrophysical Journal Letters, 2016, 827: L26-L32.

[16]Tichy M and others: 2008 TC3[J]. Minor Planet Electronic Circulars, 2008, 2008(T54): 1.

[17]Ye Q Z, Brown P G, Bell C, et al. Bangs and Meteors from the quiet comet 15P/Finlay[J]. The Astrophysical Journal, 2015, 814(1): 79-87.

[18]Samarasinha N H, Mueller B E A, Knight M M, et al. Results from the worldwide coma morphology campaign for comet ISON (C/2012 S1) [J]. Planetary and Space Science, 2015, 118: 127-137.

[19]Liu J D. Rotation period of 2019 van Albada[J]. The Minor Planet Bulletin, 2015, 42(4): 247.

[20]Liu J D. Rotation period analysis for 1967 Menzel[J]. The Minor Planet Bulletin, 2016, 43(1): 98-99.

[21]Liu J D. Rotation period analysis for 2729 Urumqi[J]. Minor Planet Bulletin, 2016, 43(3): 204.

[22]馮占良, 徐品新. 寶瓶η流星雨目視觀測結(jié)果的歸算和分析[J]. 天文學(xué)報, 1990, 31(3): 245-251.

Feng Zhanliang, Xu Pinxin. Reduction and analysis of visual observations of η Aquarid meteor shower[J]. Acta Astronomica Sinica, 1990, 31(3): 245-251.

[23]SonotaCo. Meteor shower catalog based on video observations in 2007-2008[J]. Journal of the International Meteor Organization, 2009, 37(2): 55-62.

[24]Cheng S H, Cheng S M. Meteor spectral observation with DSLR, normal lens and prism[J]. Journal of the International Meteor Organization, 2011, 39(2): 39-46.

[25]Ogawa H, Toyomasu S, Ohnishi K, et al. The 2002 Leonids as monitored by the International Project for Radio Meteor Observations[J]. Journal of the International Meteor Organization, 2002, 30(6): 225-231.

[26]Zhang Yanxia, Zhao Yongheng. Astronomy in the big data era[J]. Data Science Journal, 2015, 14: 1-9.

[27]Westphal A J , Butterworth A L, Snead C J, et al. Stardust@home: a massively distributed public search for interstellar dust in the stardust interstellar dust collector[C]// 36th Annual Lunar and Planetary Science Conference. 2005.

[28]Raddick M J, Bracey G, Gay P L, et al. Galaxy Zoo: motivations of citizen scientists[J]. Astronomy Education Review, 2013, 12(1): 1-27.

[29]McMillan R S, Block M, Descour A S, et al .The Spacewatch volunteer search for fast moving objects[J]. Minor Planet Bulletin, 2005, 32: 53.

[30]Liang Z X, Liang Y, Weisberg J M. Testing the rotating lighthouse model with the double pulsar system PSR J0737-3039A/B[J]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2014, 439(4): 3712-3718.

[31]Raddick M J, Bracey G, Gay P L, et al. Galaxy Zoo: exploring the motivations of citizen science volunteers[J]. Astronomy Education Review, 2013, 9(1): 10103-10118.

[32]Price C A, Paxson K B. The AAVSO 2011 demographic and background survey[J]. Journal of the American Association of Variable Star Observers, 2012, 40: 1-22.