Будущее океанологии — 2020 год

ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
быть соавтором? Достаточным ли является вклад данных, если он основан на
существенных интеллектуальных и физических усилиях? После согласования
таких политик простые инструменты взаимодействия в облаке смогут существенно упростить логистику, необходимую для публикации документов, предоставить возможность поиска соавторов, и позволят исследователям быть в курсе
использования своих данных.
Будущее океанологии —
2020 год
КАК КИБЕРИНФРАСТРУКТУРА ИЗМЕНЯЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ НАУКУ
Наводнение экологическими данными разрушит научную разрозненность и
позволит проводить научные исследования нового поколения. Цель понимания
воздействия изменения климата управляет исследованиями, которые охватывают такие дисциплины, как физиология растений, почвоведение, метеорология,
океанография, гидрология и флювиальная геоморфология. Для совмещения
различных масштабов времени и величин потребуется набор моделей взаимодействия. Для разработки и проверки этих моделей критически важен синтез
полевых наблюдений с результатами применения этих моделей при ключевых
масштабах времени размера.
Для киберинфрастуктуры разнообразие размеров экологических наборов
данных, их семантики и источников публикации ставит задачи, которые будут
решаться в течение нескольких ближайших лет. Синтетическая наука управляет не только непосредственным, но и виртуальным общением между учеными
различных отраслей. Разрушить семантические и синтаксические преграды в
этом общении может продвижение в представлении метаданных. Визуализация
данных, от простой смеси до более сложных виртуальных миров, также является ключевым элементом этого общения. Облачный доступ к обнаруживаемым,
распределенным наборам данных, и, возможно, еще более важный фактор —
анализ облачных данных вблизи более массивных наборов данных, позволят
появиться новому поколению междисциплинарной науки.
26
ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
М
ДЖОН Р.
ДЕЛЕЙНИ (JOHN
R. DELANEY)
University of
Washington
РОДЖЕР
С. БАРГА (ROGER
S. BARGA)
Microsoft Research
ировой океан остался последним физическим
барьером на Земле. Покрывая 70 процентов поверхности планеты, он является крупнейшим и
наиболее сложным из известных нам биомов. Это
огромный мобильный резервуар тепла и действующей массы. Таким образом, океан является «движителем», который
управляет погодно-климатическими системами бассейнов
океана и континентов, непосредственно воздействуя на производство продуктов питания, засухи и наводнения. Вода не
пропускает электромагнитное излучение, поэтому морское
дно изучено не так хорошо, как поверхность Марса и Венеры,
и хотя пространственные связи бассейнов океана достаточно
понятны, кратко- и долговременные колебания и сложность
динамики океана изучены мало.
Являясь конечным хранилищем отходов человечества,
океан с 1800 г. поглотил почти половину ископаемого углерода. Бассейны океана являются источником опасности: землетрясений, цунами и гигантских штормов. Это эпизодические,
мощные, часто очень мобильные, и с трудом прогнозируемые
события. Так как океанические бассейны являются огромным,
но имеющим свои пределы хранилищем ресурсов для жизни
и других целей, мы обращаемся к ним за продуктами питания,
энергией и рядом минералов, необходимых для поддержания
широкого спектра видов жизнедеятельности человека. Многие ученые уверены, что подводные вулканы были горнилом,
в которых зародилась первая жизнь на Земле и, возможно,
на других планетах. Океаны соединяют все континенты; они
не принадлежат никому и при этом принадлежат всем ввиду своей подвижной природы. Океаны можно рассматривать
ЧЕТВЕРТАЯ ПАРАДИГМА
27
как общее наследие человечества для поддержания жизни на Земле, за которую
мы несем общую ответственность.
СЛОЖНОСТЬ ОКЕАНА
Наша задача состоит в оптимизации преимуществ и устранении рисков жизни
на планете, у которой два основных источника энергии: солнечный свет, который управляет атмосферой и большей долей верхней части океана, и внутреннее тепло, которое отвечает за тектонику плит и нижнюю часть океана. Более
чем четыре миллиарда лет мировой океан подвергался воздействию этих двух
мощнейших движущих сил, так как Земля, океаны, атмосфера и жизнь эволюционировали параллельно. Как следствие, наши океаны имели долгую и сложную историю, которая привела к образованию сегодняшней крайне сложной
системы, в которой тысячи физических, химических и биологических процессов
непрерывно взаимодействуют в различных масштабах времени и пространства,
так как океаны поддерживают нашу экологическую «зону комфорта» в планетарном масштабе.
На рисунке 1 показана крайне упрощенная схема питания океана энергией сверху и снизу. Для более глубокого понимания этой «системы поддержания
жизни на Земле» требуются совершенно новые методы исследований, которые
позволят множеству ученых одновременно изучать разнообразные и интерактивные океанические процессы — методы, которые позволят вести непрервыное
изучение связей различных процессов в согласованных по времени и пространству рамках. Внедрение таких новых мощных методов является как задачей, так
и перспективой для океанологии следующего поколения.
ИСТОРИЧЕСКАЯ ПЕРСПЕКТИВА
На протяжении тысяч лет люди уходили в море на кораблях, чтобы убегать, завоевывать, вести торговлю или исследовать. В октябре 1957 г. человек запустил
первый спутник на орбиту Земли, а в январе 1960 г. погрузился в самую глубокую часть океана. Последние 50 лет корабли, спутники и подводные лодки
были основой пространственных океанографических исследований. Сейчас мы
находимся на пороге следующего технологического прорыва, который двинет
вперед изучение океана. Доминантой исследований станут время и взаимодействие. Новая эра будет основана на появлении и взаимодействии новейших
технологий. Именно об этом говорил Марсель Пруст: «настоящее путешествие,
полное открытий, состоит не в поиске новых ландшафтов, но в обладании новыми глазами».
Такое видение океанографических исследований и образования следующего
поколения включает в себя использование множества различных инновационных технологий для одновременного и непрерывного изучения большого количества разнообразных процессов, которые происходят в океане, изнутри океана.
Некоторые из этих технологий позволят удаленно обнаруживать локальные
28
ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
РИСУНОК 1.
Два основных источника энергии оказывают мощное воздействие на океанические бассейны:
излучающий энергию солнечный свет и внутренняя теплота со своей конвекцией и проводимостью. Сложность океанов требует документирования и количественной оценки — в четко
определенных за десятилетия рамках пространства и времени — мириад процессов, которые
постоянно изменяются и взаимодействуют друг с другом.
Иллюстрация разработана Джоном Делейни (John Delaney) и Марком Штермером (Mark Stoermer); создана Центром визуализации окружающей среды (Center for Environmental Visualization, CEV) для программы NEPTUNE.
ЧЕТВЕРТАЯ ПАРАДИГМА
29
критические изменения, имеющие место в некоторых частях океана. Быстрая
реконфигурация основных матриц датчиков, подключенных к Интернету подводными электрооптическими кабелями, позволит нам собирать, отображать,
документировать и измерять сильные и ранее недоступные для научных исследований феномены, такие как извергающиеся вулканы, шаблоны крупных миграций, подводные оползни и множество других.
ЧЕТВЕРТАЯ ПАРАДИГМА
Человек всегда пытался изучить океан во всей его сложности, и океан постоянно
оставался изученным не до конца. Сегодняшний набор числовых и теоретических моделей океана с большим количеством вычислений намного опережает
уровень данных, необходимых для воплощения этих моделей в реальности. Как
следствие, мы не могли даже подойти к полезным прогностическим моделям
реального поведения океанов. Только при оценке мощных эпизодических событий, таких как гигантские штормы и извергающиеся вулканы, в контексте
более длительных, десятилетних изменений, мы можем начать приближаться к
надежным прогностическим моделям поведения океана. Со временем, так как
адаптивные модели все более подтверждаются постоянным сравнением с фактическими данными из реальных систем, мы постепенно получим возможность
предсказывать будущее поведение этих крайне сложных природных систем.
Чтобы достичь этой цели, мы должны предпринимать шаги для фундаментального изменения наших методов, с которыми мы подходим к океанографии.
Этот путь состоит из нескольких основных этапов. Мы должны иметь возможность документирования состояния и измерения потоков в океане, одновременно и в реальном времени, в различных масштабах времени и пространства,
независимо от глубины, энергии, подвижности или сложности задействованных
процессов. Измерения должны проводиться при помощи совместно расположенных матриц датчиков различных типов, которые управляются исследователями в периоды от десятилетий до столетий. Данные должны немедленно
собираться, архивироваться, отображаться и сравниваться с моделями, четко
настроенными для работы с уровнями сложности в масштабах, сопоставимых
по времени и пространству с фактическими измерениями.
Этот метод дает три основных преимущества: (1) Модели должны прогрессивно эмулировать измеренную реальность за счет постоянного сравнения с
данными для получения реального поведения океанов в «пространстве модели»
для продвижения в направлении более прогностических моделей; (2) Если модели и данные не согласованы, и предполагается, что данные верны, мы должны
немедленно использовать морские роботизированные системы датчиков, чтобы
полностью охарактеризовать разворачивающиеся события, так как они, очевидно, дают новые знания в тех комплексах, которые нам необходимы для охвата
в нерабочих моделях; (3) Выполняя и архивируя все наблюдения и измерения в
согласованных рамках пространства и времени, мы сможем предоставить мно-
30
ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
жеству исследователей (даже не связанных со сбором данных) возможность изучения корреляции среди любого количества выбранных феноменов во время
(или намного позже) происхождения процессов или событий. Если архивные
данные немедленно становятся широко доступными при помощи Интернета, то
вследствие растущего количества потенциальных исследователей, которые могут изучать быстро расширяющийся спектр «пространства параметров», существенно возрастает потенциал новых открытий. Для ученых, которые работают
в этой насыщенной информацией среде, возникнет необходимость в разработке нового набора продуктов для научного процесса, которые смогут упростить
архивирование, ассимиляцию, визуализацию, моделирование и интерпретацию
информации по всем интересующим научным системам. Отчеты по нескольким
симпозиумам, которые предлагают примеры таких «продуктов процесса», доступны в открытой литературе [1, 2].
ПОЯВЛЕНИЕ И СБЛИЖЕНИЕ
Океанология получает выгоды от множества мощных появляющихся технологий, управляемых различными сообществами, которые являются полностью
внешними по отношению к исследованию океана — например, такими, как
нанотехнологии, биотехнологии, информационные технологии, компьютерное
моделирование, технологии визуализации и робототехника. Еще более мощным
будет результат интеграции этих возможностей, так как они адаптированы для
проведения сложных удаленных морских операций новыми методами, с объединением инновационных технологий в необходимые исследовательские или
экспериментальные системы.
Например, потребуются системы хранения больших объемов данных, облачные вычисления, решения для научной обработки данных, расширенные
дисплеи визуализации и портативные супервычисления. Электрическое питание и огромная пропускная способность оптоволокна будут использоваться для
трансформации различных видов научных и образовательных операций, которые могут выполняться в океане, вместо батарей и спутников, которые использовались для удаленных районов. Применение электрооптических кабелей промышленного стандарта в океанографических исследованиях может полностью
изменить природу телеприсутствия человека во всем объеме океана за счет ввода беспрецедентной, но уже доступной мощности и полосы пропускания в пространство океана. Оптические и акустические датчики с высоким разрешением
станут частью более широкой технологии «систем визуализации океана». Эти
методы будут использовать видео с высоким разрешением, при необходимости
со стереозвуком, а также гидролокаторы высокого разрешения, акустические
линзы, лазерное формирование изображений и пространственный отбор проб.
Расширенные технологии датчиков будут включать в себя химическое зондирование при помощи удаленных и мобильных масс-спектрометров и газовых
хроматографов, эко-геномного анализа и адаптивных техник отбора проб.
ЧЕТВЕРТАЯ ПАРАДИГМА
31
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД
После нескольких десятилетий планирования [3, 4] Национальный научный
фонд США (U.S. National Science Foundation, NSF) готов инвестировать более
600 млн долл. США в течение 6 лет в строительство и начало работы инновационной инфраструктуры, известной под названием Программа океанических
обсерваторий (Ocean Observatories Initiative, OOI) [4]. Расчетный срок действия
программы — 25 лет. Кроме выполнения крайне необходимых высокоширотных и прибрежных измерений, которые поддерживаются относительно низкой пропускной способностью спутниковых систем связи, эта программа будет
включать в себя мероприятия по внедрению систем наблюдения с электрооптическими кабелями в северо-восточной части Тихого океана [5-7] у побережья
Вашингтона, Орегона и Британской Колумбии, как показано на рисунке 2.12
Эта интерактивная распределенная сеть датчиков в США и Канаде создаст
«природную лабораторию» с широкой апертурой для проведения большого количества долговременных инновационных экспериментов в океане при помощи
управления всей «лабораторной» системой в реальном времени. Распространение беспрецедентной мощности и полосы пропускания на широкий спектр
интерактивных датчиков, приборов и роботов, распределенных в водах океана,
в местах соприкосновения воды с воздухом, на дне и под ним в скважинах, откроет дорогу для творчества следующего поколения и исследования временных
интервалов широкой аудиторией исследователей. Вашингтонский университет
(University of Washington) управляет вопросами кабелей в инициативе NSF, известной как Региональная измерительная сеть (Regional Scale Nodes, RSN) (ранее известная и финансированная как NEPTUNE); Викторианский университет
(University of Victoria) отвечает за развитие инициативы в Канаде, которая называется NEPTUNE Canada. Эти два метода были совместно запущены в 2000 г. в
сотрудничестве США и Канады. Консорциум по лидерству в океане (Consortium
for Ocean Leadership) из Вашингтона (округ Колумбия) занимается управлением
и интеграцией всей системы OOI для NSF. Океанографический институт Вудс
Хол (Woods Hole Oceanographic Institution) и Калифорнийский университет,
Сан-Диего (University of California, San Diego), отвечают за контроль прибрежно-глобальной и киберинфраструктурной частей программы соответственно.
Университет штата Орегон (Oregon State University) и Институт океанографии
Скриппса (Scripps Institution of Oceanography) являются участниками прибрежно-глобальной части OOI.
Метод кабельной океанской обсерватории совершит революцию в океанологии и предоставит непрервыный интерактивный доступ к океаническим данным и приборам в ближайшие два-три десятилетия. Более чем 1200 километров
электрооптического подводного кабеля обеспечат десятками киловатт мощности узлы на дне океана, где приборы, которые могут быть установлены в радиусе
50 км от узла, будут подключаться либо непосредственно, либо через вторичные
12 32
Аксиал Симаунт
РИСУНОК 2.
Часть программы OOI фокусируется на динамическом поведении плиты и мощных процессах,
происходящих в океане и атмосфере, которые находятся над ней. Недавние изменения Региональной измерительной сети были направлены на элементы, отмеченные красным цветом, а
розовые элементы представляют направления для расширения в будущем. На выноске показан
хребет вулкана Аксиал Симаунт (Axial Seamount) вдоль активной гряды Хуан де Фука. Каждая
ограниченная квадратом площадка предоставит уникальную электрическую мощность и полосу
пропускания для исследований и обучения. На этих площадках могут исследоваться многие процессы, показанные на рисунке 1.
Изображение создано CEV для OOI-RSN.
удлинительные кабели. Основной кабель обеспечит полосу пропускания в пределах 2,5—10 Гбит/с между землей и растущим количеством стационарных и
мобильных групп датчиков. Ожидается, что такая доступность локальной мощности и полосы пропускания приведет к появлению множества новых методов
океанографии. Основным преимуществом станет возврат данных в реальном
времени и командное управление флотом аппаратов с дистанционным управлением и автономных подводных устройств.
Инфраструктура будет адаптируемой, расширяемой и экспортируемой для
заинтересованных пользователей. Политика в отношении данных по OOI призывает делать всю информацию доступной заинтересованным пользователям
www.interactiveoceans.ocean.washington.edu
ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
ЧЕТВЕРТАЯ ПАРАДИГМА
33
материкового склона, которые могут вызывать землетрясения в северо-западной части Тихого океана.
Интерактивная океаническая лаборатория будет поддерживаться общей киберинфраструктурой, объединяющей множество обсерваторий, тысячи приборов, десятки тысяч пользователей и петабайты информации. Цели кабельной
океанической лаборатории могут быть достигнуты только в том случае, если
морская часть проекта будет дополнена современной ИТ-инфраструктурой, созданной при плотном взаимодействии компьютерных ученых и океанологов. Такое сотрудничество позволит ученым взаимодействовать с океаном при помощи
команд и управления датчиками в реальном времени; обеспечить постоянную
подачу данных для моделей; автоматизировать контроль качества данных и их
калибровку, а также поддерживать новые методы управления, анализа и визуализации данных.
ЧТО ВОЗМОЖНО?
РИСУНОК 3.
Ученые или граждане следующего поколения. На виртуальном изображении показан глубоководный осьминог Grimpoteuthis и часть подводной гидротермальной системы гряды Хуана де
Фука. В ближайшие пять лет подобное отображение трехмерного видео высокого разрешения в
реальном времени станет повседневной возможностью.
Изображение разработано Марком Штермером и создано CEV для проекта NEPTUNE в 2005 г.
На рисунке 4 показаны некоторые из новых возможностей, имеющих потенциал дальнейшего развития. В долговременной перспективе ключевым элементом
введения уникальной мощности и полосы пропускания в глубины океана будет
возможность реализации интеграционных проектов и разработок. Они позволят нам лучше понимать — и, возможно, прогнозировать — поведение Земли,
океана и атмосферы, их взаимодействие и влияние на развитие жизни на планете.
ВЫВОД
через Интернет (за исключением информации, которая имеет отношение к национальной безопасности).
Подключенные к Интернету кабельные обсерватории предоставят ученым,
студентам, педагогам и обществу виртуальный доступ к значительным участкам
нашей планеты, которые ранее редко посещались человеком. По сути, Интернет
будет расширен на морское дно, с возможностью взаимодействия с различными
инструментами, включая потоковое видео в высоком разрешении из множества
точек внутри океанов, как показано на рисунке 3. Системы кабельных обсерваторий смогут охватить процессы в масштабах тектонической плиты, океанских
водоворотов средней величины или даже меньших масштабах. Благодаря новой
инфраструктуре можно будет проводить исследования репрезентативных процессов, отвечающих за изменение климата, основную биологическую продуктивность в начале пищевой цепи, расширяющееся окисление океана и т.д. С использованием тех же инвестиций в эту кабельную инфраструктуру можно будет
выполнять новые исследования центров распространения в открытом океане,
трансформных разломов и особенно процессов в зоне субдукции у основания
34
ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
В кабельной океанической обсерватории объединяются грандиозные достижения в технологиях датчиков, робототехнических системах, высокоскоростной
связи, экогеномике и нанотехнологиях с инфраструктурой океанской лаборатории, причем такими путями, которые существенно изменят методы взаимодействия ученых, педагогов, технологов и разработчиков политики с динамикой
мирового океана. В ближайшие десятилетия в большинстве стран в прибрежных
зонах их территориальных морей будут внедрены системы этого типа. Так как
эти системы становятся все более сложными, а данные становятся постоянно доступными в Интернете, последний станет самым мощным инструментом океанографического исследования на планете. Таким образом, наследие Джима Грея
(Jim Gray) продолжит развиваться с нашим обнаружением новых знаний
Появление кабельных обсерваторий будет иметь глубокие последствия для
методов, которыми ученые, инженеры и педагоги ведут свою профессиональную деятельность. Наиболее перспективным эффектом может быть существенное изменение отношения общества к океанам и научному процессу. Данные,
получаемые в реальном времени, и высокоскоростная связь, присущие кабельным системам дистанционного наблюдения, также откроют новые пути для взаимодействия общества с миром природы.
ЧЕТВЕРТАЯ ПАРАДИГМА
35
В конечном счете наличие прогностических моделей функционирования
океана на основании многолетнего уточнения сложных компьютерных моделей
высококачественными наблюдениями распределенных сетей датчиков сформирует основы для управления наиболее мощной системой изменения климата
планеты — мировым океаном, или, как минимум, адаптации к ней.
БЛАГОДАРНОСТЬ
Мы благодарны значимому влиянию Джима Грея, который решительно заявил о
том, что метод кабельных наблюдений океана с использованием потока данных
в реальном времени и с широкой полосой пропускания может стать неотъемлемой частью прогресса человечества и понимания мира, в котором мы живем.
Мы также благодарим за поддержку Вашингтонский университет, Национальный научный фонд, Консорциум по лидерству в океане и группу по внешним
исследованиям Microsoft за техническое взаимодействие и финансовую помощь.
NSF и программа Национального океанографического партнерства были особенно ценны на ранних этапах реализации концепции проекта NEPTUNE с 1998
по 2005 гг., с грантами Дж. Р. Делейни. Дебора Келли (Deborah Kelley), Ненси
Пенроуз (Nancy Penrose) и Марк Штермер приложили множество усилий для
подготовки этой рукописи и обсуждения ее содержания.
ССЫЛКИ
РИСУНОК 4.
Некоторые из трансформирующих разработок, которые могут стать привычными в ближайшие 5 лет при помощи вспомогательной кабельной системы. На верхнем рисунке показана миниатюра систем геномного анализа, адаптированных к океану на базе наземных лабораторий,
которые позволят ученым при помощи переключателя в лаборатории, расположенной на расстоянии сотен миль, дистанционно отбирать образцы окружающей среды и проводить локальные операции секвенирования генов в океане. Данные могут стать доступными в Интернете
в считанные минуты после решения о взятии пробы микробов из магмы извергающегося под
водой вулкана, или сезонного цветения фитопланктона. В нижней части показана концептуальная иллюстрация комплекса удаленной аналитической биологической лаборатории на морском
дне, которая позволяет выполнять множество локальных измерений или препарирований при
помощи видео в высоком разрешении с поддержкой стереозвука для проведения высокоточных
дистанционных манипуляций.
[1] «Project Trident: A Scientific Workflow Workbench Brings Clarity to Data», http://
research.microsoft.com/en-us/collaboration/focus/e3/workflowtool.aspx.
[2] Две ссылки по симпозиуму NSF о задачах научных процессов:http://grids.ucs.
indiana.edu/ptliupages/publications/IEEEComputer-gil.pdf http://vtcpc.isi.edu/
wiki/index.php/Main_Page.
[3] National Research Council of the National Academies, Enabling Ocean Research
in the 21st Century: Implementation of a Network of Ocean Observatories.
Washington, D.C.: National Academies Press, 2003, p. 220.
[4] «Ocean Observatories Initiative (OOI) Scientific Objectives and Network Design:
A Closer Look», 2007, http://ooi.ocean.washington.edu/cruise/cruiseFile/
show/40. Ocean Leadership Web site for the Ocean Observatories Initiative: www.
oceanleadership.org/ programs-and-partnerships/ocean-observing/ooi.
[5] J. R. Delaney, F. N. Spiess, S. C. Solomon, R. Hessler, J. L. Karsten, J. A. Baross, R.
T. Holcomb, D. Norton, R. E. McDuff, F. L. Sayles, J. Whitehead, D. Abbott, and L.
Olson, «Scientific rationale for establishing long-term ocean bottom observatory/
laboratory systems», in Marine Minerals: Resource Assessment Strategies, P. G.
Teleki, M. R. Dobson, J. R. Moor, and U. von Stackelberg, Eds., 1987, pp. 389—411.
[6] J. R. Delaney, G. R. Heath, A. D. Chave, B. M. Howe, and H. Kirkham, «NEPTUNE:
Real-time ocean and earth sciences at the scale of a tectonic plate», Oceanography,
vol. 13, pp. 71—83, 2000, doi: 10.1109/OCEANS.2001.968033.
Научные концепции Джинджера Армбруста (Ginger Armbrust) и Джона Делейни; графический дизайн — Марк
Штермер для CEV.
36
ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
ЧЕТВЕРТАЯ ПАРАДИГМА
37
ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
[7] A. D. Chave, B. St. Arnaud, M. Abbott, J. R. Delaney, R. Johnson, E. Lazowska, A. R.
Maffei, J. A. Orcutt, and L. Smarr, «A management concept for ocean observatories
based on web services», Proc. Oceans’04/Techno-Ocean’04, Kobe, Japan, Nov. 2004,
p. 7, doi: 10.1109/ OCEANS.2004.1406486.
Приближая ночное небо:
открытия в шквале данных
АЛИСА А.
ГУДМАН (ALYSSA
A. GOODMAN)
Harvard University
КЕРТИС Г. ВОНГ
(CURTIS G .
WONG)
Microsoft Research
А
строномы привыкли к информации, которая падает с
неба. Теперь возможность сохранения данных о небе
«в облаках» предлагает вдохновляющие новые методы доступа распределения, использования и анализа
данных, как в исследованиях, так и в образовании. Здесь мы
рассматриваем три взаимосвязанных вопроса: (1) Какие тенденции мы видели и вскоре увидим благодаря растущим объемам данных и изображений с телескопов? (2) Как мы будем
решать задачу поиска пресловутой иголки в стоге сена этих
данных для продвижения научных открытий? (3) Какие возможности визуализации и анализа нас ожидают в будущем?
ТЕНДЕНЦИИ РОСТА ДАННЫХ
Астрономия имеет историю сбора данных, уходящую корнями как минимум до эпохи Стоунхенджа — а это более трех
тысяч лет назад. Со временем формат информации, которая
регистрировалась астрономами, изменился с резьбы по камню до письменных записей и ручных набросков, а затем до
фотографий и цифровых носителей.
Хотя телескоп (изобретенный в 1600 г.) и открытие электромагнитного спектра за пределами длин волн, видимых
глазу человека (в 1940 г.) привели к качественным изменениям
природы астрономических исследований, они не увеличили
объема собираемых данных в такой мере, как это произошло
в цифровую эру.
Приборы с зарядовой связью (charge-coupled devices,
CCD), получившие широкое распространение в 1980-х гг., и
аналогичные датчики неоптических длин волн стали более
эффективными, чем традиционные аналоговые средства (на-
38
ЗЕМЛЯ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
ЧЕТВЕРТАЯ ПАРАДИГМА
39