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音乐、摄影和出版都已在不同程度上数字化,它们使用的模拟存储介质正在迅速失去市场份额或完全过时。天文学领域也不例外,或许除了数字革命在天文学家中很早就扎根这一事实。1969年电荷耦合器件的发明(CCD),它构成了从傻瓜数码相机到哈勃太空望远镜等一切设备中图像传感器的基础,在20世纪70年代和80年代改变了专业天文学的面貌。
对于天文观测,CCD迅速取代了它们的模拟前辈:涂有感光乳剂的玻璃底片,这种底片已经使用了一个多世纪。就像一位收藏了一屋子老式黑胶唱片的唱片收藏家一样,许多天文台档案馆现在发现他们的书架上堆满了存储介质,这些介质使用起来笨重,远不如以前流行。但与在收藏家和音响发烧友中保持稳定地位的黑胶唱片不同,照相底片似乎不会很快重新流行起来。
“年轻科学家对进来并拉出底片不感兴趣,”哈佛大学天文台天文照片馆馆长艾莉森·多恩说。多恩主管着世界上最大的底片档案馆;其约525,000张照相底片,大约是第二大馆藏的两倍。
如今,多恩每周的大部分工作时间都用于将馆藏带入21世纪,通过扫描底片来创建一个数字档案馆,供世界各地的研究人员访问。该项目被称为“哈佛天空世纪数字访问”(DASCH),它正在生成一份关于天空在数十年时间尺度上变化的记录,这份记录已经产生了数篇科学论文。但该项目缺乏资金聘请专职人员,其定制的高速底片扫描仪的运行速度仅为其设计吞吐量的一小部分。
一些较小的底片档案馆已经数字化或正在数字化过程中,他们使用商用扫描仪或定制设备。但DASCH项目的规模需要比现有扫描仪更快的底片扫描仪。“这是一个数量问题,”多恩说。“如果我们要用商用扫描仪扫描整个馆藏,那将需要几十年。”
哈佛扫描仪是在2004年国家科学基金会(NSF)拨款的帮助下建造的,它可以在大约90秒内数字化两张8x10英寸的底片。但哈佛大学天体物理学家乔纳森·格林德莱指出,仅准备用于扫描的底片本身就是一项艰巨的任务,他是DASCH的首席研究员。“我们现在正在开发一台清洁机器,因为你不可能手工清洁五十万张底片,”他说。
扫描开始四年后,DASCH任务仅完成了2%。随着时间的推移,生产力有所提高,7月份,DASCH团队数字化了他们的第10,000张底片。但按照目前的速度,数字化剩余馆藏至少需要20年。“即使有了这台神奇的机器和这个精密的软件,仍然需要人,”格林德莱说。他说,如果配备六到八名员工——主要是技术人员,外加一两名系统程序员——DASCH流水线每天可以处理400张底片,有可能在几年而不是几十年内扫描完整个档案馆。
这并不是说DASCH没有得到支持。除了2004年NSF的544,794美元拨款外,DASCH还获得了去年另一笔NSF拨款,这次为722,275美元,持续到2013年。但这不足以聘请全职员工,即使在拥有美国最大大学捐赠基金的哈佛大学,也很难获得大笔机构资金。“这里还有许多其他需求,即使在这所相对富裕的大学也是如此,”格林德莱说。
那么,为什么要费力进行这样一个成本高昂且劳动密集型的项目呢?除了其无与伦比的数量外,哈佛档案馆的独特之处还在于其完整的天空覆盖范围——观测来自南北半球的望远镜——以及极其长的时间尺度。底片记录了从19世纪80年代到20世纪80年代夜空中的天体,中间大约有13年的空白期,被称为门泽尔空白期,以当时的天文台台长唐纳德·门泽尔的名字命名,他在1953年暂停了观测活动。
诸如斯隆数字巡天等大规模巡天项目,它是基于CCD的,它比哈佛档案馆拥有的技术更强大,观测更一致。毕竟,照相底片来自无数不同的望远镜,其中许多望远镜非常小,在不同的观测条件下运行,并且感光乳剂的质量也各不相同。但现代巡天项目覆盖的时间跨度比DASCH的世纪要短得多。“这是一个我们知之甚少的时间域,而且在广阔区域内没有任何系统的了解,”格林德莱说。
即使使用已经扫描的少量底片样本,该档案馆也正在产生一些科学成果。《天文学杂志》2010年10月号上的一项研究使用了500张数字化底片的样本,每张底片都包含星团M44,结果表明,档案馆中的大多数底片都可以校准到0.1星等以内。(星等是衡量天体视亮度的单位。)并且2月份发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文使用DASCH数据库识别出三颗恒星,它们的亮度在10到100年的时间尺度上存在显著且无法解释的变异性,幅度为一个完整星等。
该小组目前正在研究美国宇航局的开普勒探测器自2009年以来一直在巡天探测的那片天空角落,以寻找系外行星的存在。“我们将了解这片天空在过去100年的时间历史,与这艘航天器测量的极短时间变异性相比,”格林德莱说。
他指出,一旦扫描过程完成,物理档案馆就可以存储在其他地方。“我们将保存它们——它们是最终的记录,”他说。“但我们几乎肯定会将它们移出现场。”多恩估计,这些玻璃底片总共重达170吨,占地465平方米的剑桥房地产。
目前,底片馆藏的巨大占地面积可能代表了其加速数字化进程的最佳希望,将历史悠久的图书馆更新到现代相关性。“我一直在努力说服我的哈佛筹款人,如果我们能扫描完这些东西,我们就可以解放半栋大楼,”格林德莱说。