Akademiemitglied Chen Jiansheng: Das Universum entschlüsseln: Das goldene Zeitalter der Weltraumforschung naht

Anmerkung des Herausgebers: Generalsekretär Xi Jinping wies darauf hin, dass „die Popularisierung der Wissenschaft eine wichtige Grundarbeit für die Erzielung innovativer Entwicklung ist.“ Um ein hohes Maß an wissenschaftlicher und technologischer Eigenständigkeit zu erreichen, haben die Abteilung für Wissenschaftspopularisierung der Chinesischen Gesellschaft für Wissenschaft und Technologie und Guangming Online gemeinsam die Kolumne „Popularisierung der Wissenschaft durch Akademiker auf höchstem Niveau“ ins Leben gerufen. Darin werden Akademiker aus verschiedenen Bereichen eingeladen, kompetente Antworten auf aktuelle, brennende Fragen in Wissenschaft und Technologie meines Landes zu geben. Dies soll dazu dienen, mehr Wissenschaftler und Techniker bei der Verbesserung ihrer wissenschaftlichen Forschung und ihrer Fähigkeiten im Bereich der Populärwissenschaft anzuleiten, die Verbesserung der wissenschaftlichen Bildung der gesamten Bevölkerung zu fördern und mithilfe der Populärwissenschaft zum Aufbau eines starken Landes in Wissenschaft und Technologie beizutragen. #10 Millionen IP schafft Wissenschaft und Technologie

Das China Space Station Survey Telescope (CSST) ist ein großes astronomisches Weltraumteleskop mit einer Öffnung von 2 Metern. Es zeichnet sich durch ein großes Sichtfeld, mehrere Bänder und eine hohe Bildqualität aus und kann im Orbit repariert und aufgerüstet werden. CSST konzentriert sich auf groß angelegte astronomische Untersuchungen und dürfte bedeutende wissenschaftliche Entdeckungen in zahlreichen astrophysikalischen Bereichen wie Kosmologie, Galaxien, der Milchstraße, Sternen und Planeten ermöglichen. Die dabei generierten Daten im Umfang von mehreren zehn Petabyte werden auch für das interdisziplinäre Feld der astronomischen Informatik neue Herausforderungen und Chancen mit sich bringen. Wir werden ein goldenes Zeitalter der Weltraumforschung einläuten.

Weltraumteleskope bieten Beobachtungsvorteile, die von erdgebundenen Teleskopen nicht erreicht werden können, und eignen sich sehr gut für die astronomische Forschung. Das Hubble-Weltraumteleskop der USA ist ein Allzweckteleskop, während das chinesische Raumstationsteleskop ein Durchmusterungsteleskop ist. Warum also möchte unser Land ein Teleskop zur Weltraumerkundung entwickeln?

Astronomische Beobachtungen können in zwei Kategorien unterteilt werden: allgemeine Beobachtungen und präzise Messungen. Die beiden ergänzen sich. Eine Himmelsdurchmusterung ist eine allgemeine Untersuchung der Himmelskörper im Universum. Vor den 1970er Jahren lag der Schwerpunkt der Astronomie auf der Präzisionsforschung zur Sternphysik, wobei hauptsächlich optische Teleskope der 4- bis 5-Meter-Klasse zur Durchführung spektraler Beobachtungen von Himmelskörpern eingesetzt wurden. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts begann sich die strategische Ausrichtung der astronomischen Forschung zu ändern. Wichtige Entdeckungen wie die Entdeckung von Quasaren, der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, der großräumigen Struktur des Universums sowie der Dunklen Materie und der Dunklen Energie haben den wissenschaftlichen Bedarf an Himmelsdurchmusterungen erhöht.

Andererseits haben revolutionäre technologische Fortschritte der letzten Jahrzehnte, wie etwa Detektoren, Big Data, Hochgeschwindigkeitsnetze, Hochgeschwindigkeitscomputertechnologie, Glasfasertechnologie, Computersimulationstechnologie und Weltraumtechnologie, die Voraussetzungen für optische Himmelsdurchmusterungen geschaffen.

Derzeit gibt es weltweit drei große Weltraumerkundungsprogramme: WFIRST in den USA, EUCLID in Europa und das chinesische Space Station Survey Telescope CSST. Unter anderem sind die Bildqualität, der Untersuchungsbereich, die Anzahl der Bänder, die Grenzgröße, das Spektrum und andere Leistungen des chinesischen Weltraumteleskops Weltklasse.

Ich bin der Meinung, dass die Datenbilder der Himmelsdurchmusterung des CSST nicht in einem Elfenbeinturm eingeschlossen und nur für die Forschung durch Astronomen verfügbar sein sollten, sondern der gesamten Gesellschaft zugänglich sein sollten, um der Öffentlichkeit die Teilnahme und das Verständnis des Universums zu ermöglichen. Der beste Weg, die Öffentlichkeit über die wissenschaftliche Sicht des Universums aufzuklären, besteht darin, vom bloßen „Beobachten“ des Universums zur „Teilnahme“ an seiner Erforschung überzugehen. Dies kann auch zur Verbesserung der wissenschaftlichen Bildung der Öffentlichkeit beitragen.

Jetzt sind wir in das goldene Zeitalter der Weltraumforschung eingetreten. Um die Entstehung und Entwicklung des Universums zu erforschen, benötigen Wissenschaftler große Mengen astronomischer Daten. Die Auflösung von CSST bei der Beobachtung des Universums beträgt 0,1 Bogensekunden, was der Beobachtung eines Hirsestücks in 2 Kilometern Entfernung entspricht. Die Klarheit ist 2.000-mal höher als die des bloßen Auges. Seine Empfindlichkeit ermöglicht die Beobachtung von Sternen der Größenklasse 26 bis 27, was einer 100 Millionen Mal höheren Empfindlichkeit als das bloße Auge entspricht.

Gleichzeitig haben die Entwicklung der Computertechnologie und die Digitalisierung die Verarbeitung riesiger Datenmengen erleichtert. In den 1980er Jahren kostete der Kauf von 300 MB Speicher 3.000 US-Dollar, heute kostet 1 TB Speicher nur noch ein paar Dutzend Dollar.

Schätzungen zufolge wird CSST 300 Beobachtungen pro Tag durchführen und dabei enorme Mengen wissenschaftlicher Daten und mehr als 72.000 zu verarbeitende Bilder erzeugen. Dank der technologischen Entwicklung ist die Speicherung jedoch keine schwierige Aufgabe mehr.

CSST hat derzeit die „richtige Zeit und den richtigen Ort“ und es fehlen nur noch die „richtigen Leute“. Es sind Zehntausende Wissenschaftler nötig, um riesige Mengen wissenschaftlicher Daten zu verarbeiten.

Da immer mehr Bilder in mehreren Farben und zu unterschiedlichen Zeiten im selben Sichtfeld beobachtet werden, ist es notwendig, die Bilder jeder Belichtung desselben Sichtfelds gleichzeitig zu verarbeiten, beispielsweise bei der Suche nach Asteroiden, der Entdeckung von Supernovas, Hochgeschwindigkeitssternen und der Synthese von Farbbildern. Allerdings gibt es in China derzeit nicht viele Astronomen, und die Menschen spielen bei der Verarbeitung wissenschaftlicher Daten eine unersetzliche und wichtige Rolle.

Daher rufe ich die gesamte Gesellschaft dazu auf, sich an der Entwicklung von CSST-Bildressourcen zu beteiligen. Es gibt in der Gesellschaft zwei reichlich vorhandene Ressourcen: Mittelschüler und Liebhaber der Sozialastronomie, die voll genutzt werden können. Der amerikanische Astronom Milton Humason beispielsweise war ursprünglich Hausmeister am Observatorium, wurde jedoch durch seine eigenen Bemühungen Hubbles wichtigster Assistent und Sterngucker. Dies ist der eindeutige Beweis dafür, dass es auch unter den Anhängern der Sozialastronomie „versteckte Drachen und kauernde Tiger“ gibt.

Tatsächlich ist die Beteiligung der Öffentlichkeit an der astronomischen Forschung nichts Neues. Das vom National Astronomical Science Data Center geplante und umgesetzte „Gravitational Lens Search Public Science Project“, das auf echten astronomischen Wissenschaftsdaten basiert, hat offiziell begonnen. Teilnehmen können sowohl Mittelschüler als auch Astronomiebegeisterte. Auch international läuft das Citizen-Science-Projekt Galaxy Zoo, das viele interessante wissenschaftliche Entdeckungen hervorgebracht hat.

Die Arbeit von CSST besteht aus zwei Teilen: Ein Teil erfordert fundiertes Wissen, und der andere Teil ist auf das menschliche Auge angewiesen, um viele wertvolle Himmelskörper zu entdecken. Die enorme Menge an astronomischen Bildern, die das CSST erhält, ist eine riesige wissenschaftliche Fundgrube. Die Rolle des menschlichen Auges bei der Beobachtung astronomischer Bilder kann nicht durch die computergestützte Bildverarbeitung ersetzt werden. Die Mobilisierung der gesamten Gesellschaft zur Teilnahme an der Entwicklung von CSST-Bildressourcen ist ein großartiges Projekt zur kosmischen Bildung für die gesamte Gesellschaft.

Um eine aktive Beteiligung der Öffentlichkeit zu fördern, können die Entdeckungen der Öffentlichkeit meiner Meinung nach auch in Büchern und Zeitungen veröffentlicht werden. Unter den aktuellen Bedingungen können wir eine spezielle interaktive Bildverarbeitungssoftware für die visuelle Astronomie vorbereiten, um automatisch Berichte in einem einheitlichen Format zu erstellen. Gleichzeitig können wir Schulungen über Online-Tutorials durchführen und jedes Jahr ein Treffen zum Austausch der Ergebnisse abhalten.

Ich hoffe, dass diese Arbeit schrittweise vorangetrieben werden kann. Wenn dies gelingt, wird die wissenschaftliche Bildung der gesamten Bevölkerung verbessert. Dies ist ein großartiges wissenschaftliches Projekt, ein großartiges Projekt zur Popularisierung der Wissenschaft und ein großartiges Talentprojekt, das mindestens 10 Jahre dauern wird.

(Autor: Chen Jiansheng ist Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, interviewt und zusammengestellt von Gao Yali)