本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
当然，我熟悉这个图案——而且我不是唯一一个。把这张图片（右侧）放在某人的桌子上，他们很可能会下意识地脱口而出：“Joy Division”。这支乐队1979年的专辑《Unknown Pleasures》的封面完全依赖于一个神秘的小数据图，以白色印在黑色背景上。没有乐队名称、专辑标题或其他标识。对于一张首张录音室专辑来说，这是一个有趣的举动。
封面图像成为了一个标志，但仍然很神秘。即使关于乐队的灵感来源——一个预先存在的脉冲星数据可视化（下面会详细介绍）——的知识传播开来，该可视化的真正起源仍然有点谜团。在某个过程中，我开始迷恋上脉冲星发现和堆叠图背后的故事，以及越来越想了解关于该图像及其相关研究的一切。接下来是基于这种痴迷而产生的一个简短故事，从一个数据可视化会议上播放的视频开始，到对哈罗德（哈尔）·克拉夫特的采访结束，他是射电天文学家，他从阿雷西博射电天文台收集的数据中创建了该图。
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在2012年末，我以新的视角看待《Unknown Pleasures》专辑封面。VISUALIZED 会议的与会者观看了《数据可视化，重新诠释：Joy Division乐队《Unknown Pleasures》专辑的故事》（由埃里克·克洛茨和沃尔克特·贝塞林执导）。请查看下面的视频，了解对专辑封面设计师彼得·萨维尔的采访。
正如萨维尔解释的那样，封面直接与《剑桥天文学百科全书》（1977年版）中的一个图有关——一个脉冲星的无线电信号堆叠图。我对此产生了兴趣。我远非音乐和专辑艺术专家，但可视化天文现象是我的工作职责的一部分。虽然我记下了笔记，但我进一步研究的想法逐渐淡去了。
然后，将近两年后，当与艺术家菲利普·德克罗扎聊天时，我惊掉了下巴。他收藏的最喜欢的1960年代和1970年代的《大众科学》图形中，包含了这个堆叠图。它被印在1971年1月刊的全页图中；青色背景上的白色无线电脉冲。至少可以说，我的兴趣再次被激发。
当人们提到《Unknown Pleasures》的封面时，他们通常只是说它显示了第一个被发现的脉冲星的一系列无线电频率周期。但这究竟意味着什么？脉冲星的物理特性如何产生无线电频率，并转化为著名的堆叠图？是什么产生了数据，如何收集数据，谁创建了该图，其意义是什么？
首先，关于脉冲星的简短入门（请密切关注本博客，在未来几个月内将更深入地讨论脉冲星可视化和解释性图形的历史）。引自雅各布·沙哈姆1987年2月《大众科学》的文章“宇宙中最古老的脉冲星：”：
“[射电脉冲星]被认为是旋转的中子星：巨大的、旋转的“核”，包含约1057个质子和中子…… 大块的核物质，其质量大约等于太阳的质量，被压缩成半径约为10公里的球体。因此，恒星的密度非常大，略大于普通核物质的密度，而普通核物质本身的密度比铅砖高约10万亿倍。恒星内部移动的质子和电子流产生磁场。当恒星旋转时，由磁场和旋转的联合作用点亮的无线电信标从恒星发出，并像灯塔光束一样周期性地扫过周围的空间。每旋转一周，信标都会掠过地球，从而产生射电望远镜探测到的嘟嘟声。”
尽管封面上的图像被广泛正确地引用为描绘了第一个被发现的脉冲星（CP 1919），但它并不是该脉冲星的第一个孤立图，该图是在1967年制作的。该荣誉属于英国剑桥马拉德射电天文台的乔斯林·贝尔·伯奈尔，如1968年2月24日在《自然》杂志上发表的那样。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
我很快了解到，我不是第一个为了寻找堆叠图的创建者而跳入兔子洞的人。亚当·卡普里奥拉记录了他的搜索过程并定期更新，并指出该图在专辑发行前的三个关键时刻出现过。我查看了这三个文物，看看它们是否可以提供更多关于该图的创建者和/或其意义的信息。按照印刷的反向顺序：
1.《剑桥天文学百科全书》，西蒙·米顿编辑。加拿大普伦蒂斯-霍尔公司，特温·科普斯通出版社，1977年。在文本中找不到该图的来源，除了整本书中“迈克尔·罗宾逊的图表和图形”的总体声明。书中有一篇关于脉冲星的精彩的四页总结和几个图表，但除了图注之外，没有关于堆叠图本身的太多细节。
“这里垂直叠加了第一个被发现的脉冲星CP 1919的连续脉冲。脉冲每1.337秒发生一次。它们是由快速旋转的中子星引起的。”摘自《剑桥天文学百科全书》。
2.《Graphis图表：抽象数据的图形可视化》，沃尔特·赫尔德格编辑，格拉菲斯出版社，苏黎世，1974年。收录在科学主题的数据可视化目录中，在版权页上归因于阿雷西博射电天文台。
“计算机生成的80个连续脉冲周期图，来自观察到的第一个脉冲星。脉冲的平均宽度小于5万分之一秒。该图由波多黎各的阿雷西博射电天文台制作。出自《大众科学》，J. P.奥斯特里克的“脉冲星的性质”（美国）。”摘自《Graphis图表：抽象数据的图形可视化》
3. “脉冲星的性质”，杰里米·P·奥斯特里克著，《大众科学》，1971年1月（第48-60页）；在该期第4页的插图署名栏中，署名为阿雷西博射电天文台。我显然有偏见，但这篇文章提供了一个简洁易懂的角度，可以了解早期脉冲星数据收集和理论（特别是与安东尼·休伊什的《脉冲星》，《大众科学》，1968年10月相结合时）。它在标题中突出了该图的重要性，并暗示了与其相关的研究的性质（脉冲形状和不规则性），但遗憾的是，在阿雷西博的署名行中没有直接指出该图的创建者。
“使用计算机生成的图形，波多黎各阿雷西博射电天文台制作的第一个观察到的脉冲星CP1919（剑桥脉冲星，位于赤经19小时19分钟处）的八十个连续周期相互叠加，平均周期为1.33730秒。虽然无线电脉冲的前沿发生在预测时间的几千分之一秒内，但脉冲的形状却非常不规则。无线电接收中的一些不规则性是由星际介质的传输效应引起的。平均脉冲宽度小于5万分之一秒。”摘自杰里米·P·奥斯特里克的“脉冲星的性质，《大众科学》，1971年1月。
到目前为止，我也翻阅了科学期刊上的早期发现文章以及我能找到的关于脉冲星的每一本选集，以了解更多关于早期脉冲星可视化的信息。我了解得越多，1971年奥斯特里克图注中的这个描述符就越发显得重要：“计算机生成的图形。”来自马拉德的贝尔图表是使用模拟绘图工具实时输出的。从1967年发现脉冲星到1968年至1970年代初在阿雷西博进行的工作之间，技术上似乎正在发生从模拟到数字的转变。来自康奈尔大学的一群博士生似乎正在拥抱这种转变，从事数字分析和脉冲星数据输出的前沿工作。该小组的一篇博士论文标题尤其引起了我的注意，“十二个脉冲星的脉冲轮廓和色散测量的无线电观测”，作者是哈罗德·D·克拉夫特，小号（1970年9月）。
去康奈尔大学珍本书室的旅行证实了我的猜测。果然，克拉夫特的论文中出现了该图像，以及另外两个堆叠图。
摘自哈罗德·D·克拉夫特，小号的“十二个脉冲星的脉冲轮廓和色散测量的无线电观测”（1970年9月）。
2015年2月16日，我在纽约州伊萨卡郊外与克拉夫特坐了下来，并向他询问了他对1960年代末阿雷西博射电天文台的脉冲星研究、他的论文中的数据可视化以及《Unknown Pleasures》专辑封面的回忆。
克拉夫特谈1960年代后期在阿雷西博射电天文台进行的脉冲星研究
嗯，当时有很多研究生在那里。他们大多数是弗兰克·德雷克的研究生。我是其中之一，约翰·科梅拉是另一个，戴夫·理查兹是第三个，我想古斯·蔡西格可能是第四个。我记得，我们都在阿雷西博行政大楼的一个大房间里。我们实际上都在攻读博士论文，都是关于不同方向的实验论文。当时，我正在进行金星表面的辐射温度测量，但似乎没有什么特别的进展。我还致力于阿雷西博线性馈源的新设计，但似乎也没什么进展。然后，脉冲星被发现了——显然不是在阿雷西博发现的——是乔斯林·贝尔在剑桥发现的。事实证明，阿雷西博是测量这些东西的完美仪器，因为它具有极高的灵敏度——当时世界上最灵敏的仪器。它还具备数字技术的雏形，因为它是一个雷达天文台，雷达研究人员正在使用数字技术。包括我在内的射电天文学研究人员当时主要使用——你相信吗——图表记录仪，或非常慢的模数转换器。无论如何，仪器设备已经准备好对这些东西进行测量，所以我们中的一些人立刻转向，说：“嘿，你知道，这看起来像是一件有趣的事情。” 此外，弗兰克·德雷克鼓励我们专注于这些，这显然是当时一个主要的科学问题，我们也这样做了。所以我们四个人都以不同的方式专注于此。我们就是从那里开始的。那是一段令人兴奋的时期。我们是年轻的研究生，我们什么都不懂。但是，天文学中出现了一些前所未见的新事物，而我们拥有世界上最好的仪器来观察它们，还有什么比这更好的机会呢？所以我们就直接投入进去了。
关于堆叠脉冲星图的制作，最终呈现 CP 1919 数据可视化
这种序列图的绘制，实际上开始得更早一点，当时我们正在观察主脉冲内可能漂移的子脉冲。所以，当时的思路是，好吧，这里是否有一个像这样的峰，它在下一个脉冲中移动到这里，然后移动到这里，然后再移动到那里。实际上，在这种情况下会向这个方向移动——无论是哪个方向。我想弗兰克·德雷克和我曾在《科学》杂志上发表过一篇关于这个问题的论文——暗示主脉冲内可能存在漂移的子脉冲，这最终会回到最初引起发射的物理机制上来。所以，当时的思路是，好吧，让我们绘制出一个完整的脉冲阵列，看看我们是否能看到其中的特定模式。所以，这就是为什么，我做的第一个是 CP1919，如果你真的努力去研究，你就能从中找出模式。但我想答案是，反正没有明显的模式。我不太记得了，但我敢打赌，我做的第一个这样的图，我并没有费心去遮挡那些东西，我发现那只会让人更加困惑。所以，然后我编写了程序，这样当这里的山丘足够高时，它后面的东西就会被隐藏起来。从计算机的角度来看，这很容易做到。我还编写了一个程序，它不是像这样垂直排列这些线条，而是以一个稍微倾斜的角度倾斜它们，这样看起来就像你在仰望山坡——这在美学上很有趣，也很令人愉快，但另一方面，它只是把整个问题搞混了。
关于为论文出版准备原始计算机绘图的制作
原始 Calcomp 绘图仪输出的细节。由 Harold Craft 提供。
所以，在整理论文的过程中，我会把这个 [见下图] 交给康奈尔太空科学大楼的一位女绘图员，然后她会用印度墨水描绘这些东西，并使它变得更暗，这样基本上就可以打印了。
关于Unknown Pleasures专辑封面的 Craft 评论：
这是一个完全的惊喜。事实上，我对此一无所知，一位在太空科学系的同事，现在是康奈尔大学的天文学教授，吉姆·科德斯，在街上看到了我——他是我多年的老朋友——他说：“哦，顺便说一句，你知道你的图片在 Joy Division 的封面上吗？” 我说不知道，我一点也不知道。所以我去了唱片店，果不其然，它就在那里。所以我买了一张专辑，然后还有一张我有的海报，我也买了一张，没有什么特别的原因，只是因为那是我的图片，我应该有一份副本。