1、计算机对天文学的发展的贡献年级：大一学院：生命科学学院学号：1311151姓名：孟凡康，刘霄，王睿，佐鹏计算机对天文学的发展的贡献摘要：21 世纪是一个高度信息化数据化的时代，而计算机是我们在类生活的方方面面，我们很难想象一个没有计算机的世界里我们的生存状态。计算机带来的改变不单单表现在人类的生活方式上，计算机自身的高速发展也促进着其他学科诸如天文学，数学等学科的发展。原因在于计算机本身为其他学科的研究者开辟了一个全新的视角与研究手段，或者说一种新的思维模式计算思维。在这篇论文中，我们小组选择讨论计算机对于天文学的影响。因为天文学受制于其研究手段与研究对象，要接触并处理庞杂的数据和信息。而计算
2、机对于数据的处理和信息的分析与操作具有人工所无法比拟的优势。因此这种选择与结合是紧密的，必然的，也是生动具体的。因而我们小组选择了天文学这个话题。关键词：计算机；天文学发展；数据分析；测量技术正文（一）：计算机对天文数据分析技术的影响天文学是一门古老而又始终随着时代进步而发展的学科。作为一门以观测为基础的学科，它离不开观测数据的积累。这些资源在早期科技还不十分发达的时代，只能靠人们凭肉眼或者利用有限的观测设备去观测获取，数量上十分有限，而且在地理上的分散性也使得科学家们很难共同享有这些数据。后来随着观测设备和观测技术的发展，天文观测的数据收集能力已经有了相当大的提高，一些观测项目的数据日产出数
3、量甚至以十亿甚至十万亿的量级来计算，所积累的数据量也正呈现爆炸式的增长，目前国际上公开的天文数据已经达到上百 TB 量级，不久将达到 PB 量级。在这种情况下，传统的数据存储和管理的方式已很难满足海量数据的存储要求，如何应对不断增长的海量数据已成为天文学界一项亟待解决的问题。在科技高速发展的 21 世纪，计算机领域内不断涌现的新技术也使天文数据有了革命性的飞跃。计算机技术和天文学相结合产生的“虚拟天文台”（Virtual Observatory，简称 VO）的概念一经提出便迅速得到了世界许多国家的天文学家和计算机专家的关注。虚拟天文台是利用先进的信息技术将各种天文研究资源以统一的服务模式无缝透
4、明地汇集到一起，形成一个统一的数据密集型的网络化天文研究与科普教育平台。虚拟天文台吸收了网格等先进的技术，将集成无数的资源，提供丰富的服务。在虚拟天文台环境下海量数据不但是巨大的数据资源，也是向天文学家和社会各界提供天文数据服务的重要基础。因此还需要在虚拟天文台环境下有效地组织数据资源，挖掘海量数据的潜力，从而使这宝贵的资源能为国内外的天文学家乃至社会各界所更好地使用，真正发挥其巨大的作用。处在计算机和天文学的交叉地带的虚拟天文台，其海量天文数据的存储与访问不但是天文学家遇到的新问题，同时也是计算机技术的一个典型应用场景，是在网格技术不断发展、数据密集型和计算密集型的应用越来越多的今天所提出的
5、一个重要课题。在虚拟天文台环境下，海量数据的访问要求传统的数据访问应用或服务能够应对前所未有的海量数据的压力。天文领域的传统服务和应用多数是需要访问并处理文件的，在面对海量文件时，只能依次对每个文件都进行类似的解析和处理，工作量将是十分巨大的，在响应速度上很难达到用户的要求。而且有很多情况下，并不是所有文件都需要被处理，但天文数据文件本身的特性使得应用程序往往要读入文件之后才可以判断出该文件是否为所需文件，因而大大降低了工作效率。为了在海量数据中迅速定位和访问到目标文件，需要有海量文件检索技术的支持。在这方面，在计算机文档库中检索关键词的全文检索技术目前已经取得了较大进展。该技术包括两种实现方
6、式：一是根据检索表达式直接在原文档中匹配查找，二是对文档预先建立索引，在检索时再对索引进行检索。后者可以使用正排表及倒排表组织全文的索引，这方面的应用前景非常广阔，因而很多学者也对此进行了大量的研究工作。然而这类检索方法一般是检索哪些文件中出现指定关键词以及判断关键词出现的频率，可以说是一种针对文本的相似程度的判断和评价方法。而天文学数据的处理有很多是通过将文件中的属性信息取出并进行一定的运算和处理从而得出结果的，比如指定观测目标所在的天区，然后根据各数据文件中的坐标信息计算该图像是否属于该天区，从而进行精确的筛选。这与上述关键词的检索还是有一定区别的，因而难以直接应用上述成果，而应该研究更适
7、合天文数据特点的海量数据检索的技术。虚拟天文台是古老的天文学与最新的信息技术相结合的产物，它为天文学家提供丰富的资源和强大的服务，使他们从数据收集、数据处理这些繁琐的事务中彻底摆脱出来，从而将精力集中于自己感兴趣的科学问题上。通过利用计算机技术，虚拟天文台给天文学数据分析研究研究带来了一个革命性的发展，必将成为开创“天文学发现新时代”的关键性因素，也成为计算机发展的一个重要领域。（二）计算机对天文研究手段的影响天文学是以观测为基础的科学。与其他学科的实验方法不同，天文观测是一种被动的实验，通常观测的对象距离观测者极其遥远，本身的尺度极大，演化时间极长，而且往往涉及到一些极端的物理条件，如高温、
8、高密度、强磁场等等，这些条件通常在地面的实验室中是很难模拟和再现的。天文学家经常遵循“观测理论观测”的方法来进行研究，即提出理论来解释一些天文现象，先进行计算机模拟。然后再根据新的观测结果，对原来的理论进行修正或者用新的论理来代替。计算机模拟在天体的观测及理论实现方面发挥着越来越重要的作用。利用计算机建立的模拟模型使我们更加方便、快捷地得到天体甚至宇宙的演化过程。如恒星模型、星系模型、宇宙膨胀模型等等。例如，仅仅是在恒星模型中，就有恒星的产生模型，大、中、小质量恒星的演化规律模型、白矮星模型、中子星模型、超新星爆发模型、黑洞模型等。根据宇宙大爆炸理论建立的宇宙膨胀模型使我们了解了宇宙自大爆炸以
9、来至今及今后某一时间段内所有所发生的事情。同时现代天文观测中天文望远镜本身的设计，制造，运行控制等都离不开计算机的参与。2008 年 IBM 研发的第二台“蓝色基因/L”超级计算机成为荷兰一项无线电天文望远镜计划的一部分，它运行 Linux 操作系统，配置有 12000 个处理器，运算能力超过每秒 30 亿次。大大提高了天文观测水平。哈勃空间望远镜（HST)，这是由美国宇航局主持建造的四座巨型空间天文台中的第一座，也是所有天文观测项目中规模最大、投资最多、最受到公众注目的一项。它筹建于 1978 年，设计历时 7 年，1989 年完成，计算机应用系统的升级换代使其有了更加广泛的应用。“下一代大
10、型空间望远镜“ （NGST）和“空间干涉测量飞行任务“（SIM ）是 NASA“起源计划“ 的关键项目，用于探索在宇宙最早期形成的第一批星系和星团。其中，NGST 是大孔径被动制冷望远镜，口径在 48 米之间，是 HST 和 SIRTF（红外空间望远镜）的后续项目。它强大的观测能力特别体现在光学、近红外和中红外的大视场、衍射限成图方面。将运行于近地轨道的 SIM 采用迈克尔干涉方案，先进的计算机处理技术将提供毫角秒级精度的恒星的精密绝对定位测量，同时由于具有综合成图能力，能产生高分辨率的图象，所以可以用于实现搜索其它行星等科学目的。以上是计算机技术的发展对天文学研究的影响。正是由于计算机先进的技术，使得天文的观测不仅仅限于地球上，而是深入到了大气层之外，深入了更遥远的空间深处。这也使得天文学取得了飞速的发展。
