通过大数据天文学可能解开银河系的演化？如何做？

　　根据欧洲航天局(ESA)的说法，解开我们的家园银河系的进化，是一个类似于绘制人类基因组的挑战。欧空局的星系制图仪Gaia对天空中20亿颗最亮的恒星进行了数万亿次测量。在这里，我们看看需要什么来解开这些测量揭示星系的秘密。

　　6月13日，盖亚数据处理和分析联盟(DPAC)，一个由450名欧洲天文学家和工程师组成的支持星系测绘努力的合作组织，发布了DPAC主席安东尼·布朗所描述的“有史以来最丰富的天文数据集”。

　　6月13日，荷兰莱顿大学的天文学家布朗在欧空局的新闻发布会上说，为了创建10万亿字节的压缩数据目录，DPAC计算机必须接收天空中20亿个最亮光源的9400亿次观测。

　　盖亚在2014年6月至2017年6月期间捕获的数据包含了15亿颗恒星在天空中的精确位置和运动信息；关于大约5亿颗恒星的年龄、温度和亮度水平的细节；以及几百万个样本的详细化学成分。

　　数据经过验证、校准和分析程序的复杂计算管道需要五年时间，其中涉及六个欧洲国家的六个超级计算中心。DPAC数据处理项目协调员Gracia告诉Space.com说，一台(相当强大的)个人电脑处理这些数据集需要一千年的时间。

　　Gracia 补充说，截至2022年，主要的盖亚数据库包含1千兆字节的数据，这相当于20万张DVD的数据容量。迄今为止，该望远镜已经对它看到的20亿个光源中的每一个进行了100多次测量。

　　“每天，Gaia 都会向我们发送 20 到 100 GB 的数据。”Gracia 说。“如果你将它与你家里的带宽进行比较，这可能看起来并不多，但我们谈论的是一颗距离地球 150 万公里 的卫星。”

　　从盖亚在拉格朗日点 2 的有利位置，太阳-地球系统中的一个稳定点，两个物体的引力处于平衡状态，航天器在屏蔽太阳眩光的同时观察宇宙。

　　三个 ESA 深空天线（马德里附近各一个；阿根廷马拉圭和澳大利亚新诺尔恰）接收由空间探测器的两个望远镜和其他仪器收集的数据。从这些地面站，测量数据通过传统的互联网线路传输到位于德国达姆施塔特的欧洲空间运营中心进行基本检查，然后再将数据发送到该机构位于马德里的科学运营中心。

　　“这是我们进行第一轮处理的时候。”格拉西亚说。“我们进行了一些初始校准，并通过一个软件运行数据以评估卫星的健康状况。这发生在收到数据后的最初几个小时内。”

　　然后，事情开始变得复杂。法国航天局位于图卢兹的 CNES 数据处理中心扫描太阳系中快速移动物体的数据集：可能与地球相撞的小行星和彗星。

　　盖亚在监测小行星方面非常有效，甚至可以看到一些从地球上看不到的东西。该任务于 6 月 13 日发布的数据包含有关 60,000 个太阳系太空岩石的详细轨迹的信息。最重要的是，盖亚测量了这些太空岩石的光谱，揭示了它们的化学成分。此前，天文学家只知道 4,500 颗小行星的详细化学成分。

　　另外，英国剑桥的一个团队将 Gaia 提供的新亮度测量值与之前获得的数据进行比较。恒星亮度水平的显着变化总是令人兴奋的原因，因为它们可能预示着超新星爆发，即大质量恒星在坍缩成黑洞或中子星之前死亡时发生的爆炸。

　　有时，昏暗的遥远恒星和星系可以通过微透镜暂时变亮，这是一种奇怪的现象，当一个巨大的物体进入昏暗的恒星和观察者之间时，它强大的光弯曲引力就像放大镜一样。盖亚每两个月完成一次对整个天空的扫描，它看到了这一切。

　　与此同时，该联盟的其他成员进行 Gracia 所谓的“循环处理”：无休止地重新消化、验证和分析数据，以提取天文学家可以用来创建银河系精确地图并为其建模的最准确信息。生活到过去和未来。该操作涉及运行数万个核心处理器的数千台服务器。

　　“我们必须多次处理数据，”Gracia说。“我们处理它，我们把它交给科学家检查，然后我们必须调整我们的校准，我们的算法；我们必须每次都改进它们。”

　　数据集也相互依赖。例如，如果没有关于观测物体精确位置的信息，关于亮度变化或小行星运动的数据将毫无价值。

　　“我们基本上掌握了撞击盖亚望远镜的光子数量的信息，并且从它们在窗口中的位置，我们得出了天空中的位置，”Gracia说。“这是在巴塞罗那完成的，我们在那里为天空中的所有来源生成天体测量信息。这基本上是我们所做的所有其他处理的输入。完成所有这些工作需要花费大量时间足够数量的数据，以确保数据真正具有最佳质量。”

　　这种处理量是数据获取和发布之间延迟的原因。Gaia 于 2013 年 12 月推出，但天文界直到 2016 年 9 月才获得第一批数据。第二次数据发布于 2018 年 4 月进行。6 月 13 日的数据转储之前是 2020 年 12 月的部分早期发布。每个新目录都提高了数据的精度以及望远镜看到的 20 亿个光源中每个光源的可用信息量。尽管该任务已进入第九个年头，但 DPAC 的 450 名研究人员和工程师并没有停下脚步。

　　当世界银河系的研究人员正在打开 6 月 13 日数据发布的礼物，寻找银河系动态生命的证据时，格拉西亚和他的同事们已经忙于研究下一个数据转储，除其他外，它有望释放盖亚的有可能发现遥远恒星周围的行星。随着 DPAC 研究人员训练他们的算法以发现由行星在其圆盘前穿过而引起的恒星特征性轻微变暗，预计将有数千个新发现丰富现有的系外行星目录。

　　“我们两年前开始处理第四个周期的数据，并且已经在计划第五个周期。”Gracia 说。“真的是不间断。”