研究机器蜘蛛

国际2014年11月20日星期四Tel押(010)625806173主编:赵路编辑:冯丽妃校对:么辰E-mail押lzhao@stimes.
cn它们可能是地球上最强大的望远镜.
它们没有穹顶、巨大的镜面和可操纵的射电接受碟,只有简单的天线零散阵列,它们中一些可能只有1人高,一些看上去就像机器蜘蛛或奇异的花园家具.
分别位于北欧、南非和澳大利亚的这些天线阵列并不指向特定的天空目标.
相反,它们被动地接收发射过来的信号,并将信号传输给真正的探测工具———超级计算机.
而这些设备有着超凡脱俗的目标.
它们在追溯宇宙历史之初的景象,也许能看到的并不多:只有若干极早期的恒星和星系.
它们的猎物不是分散的光点,而是弥散的气体海洋,这里曾发生了意义重大的变化.
寻找宇宙起源大爆炸发生约40万年后,宇宙膨胀冷却了其创建之初形成的粒子和能量旋涡.
结果是出现了主要由氢组成的气体黑雾,宇宙"黑暗时代"开始了,这些气体延续了数百万年,之后慢慢形成恒星和星系.
天文学家现在能看到的最远星系出现于距离大爆炸约10亿年后,位于一个充满电离氢的宇宙中,正如光线出现一样,一些东西电离了宇宙中所有的氢.
最可能的"黑手"就是早期的恒星和星系,但要做到这些,它们必须跟现在恒星和星系截然不同:更大、更暴力、更独特.
天文学家迫切地希望了解更多,但从130亿光年外分散的光线中收集到的资料并不多.
但1997年,英国天文学家MartinRees及其同事PieroMadau和AveryMeiksin建议天文学家寻找早期中性氢的信号.
在一个氢原子中,中间的质子和外层围绕的电子通常有相反的磁定向.
当某些能量源将它们弹入相同方向后,原子会释放出波长21厘米的微波光子.
跟中性气体不同,电离氢不会释放出这样的辐射.
Rees等人认为,如果天文学家能够探测到来自宇宙"再电离时期"(EoR)的21厘米的辐射,他们可能看到了电离氢的无辐射"气泡".
这些气泡的大小和分布将提供有关来源和再电离时间的信息.
天文学家开始考虑探测这类信号需要什么.
随着来自EoR21厘米的辐射穿越宇宙,宇宙膨胀会将其波长延伸到约2米.
传统的射电望远镜大多无视此类波长,而为此特制的碟形天线则异乎寻常的大.
但还有另一种方法:一个简单天线阵列和高负荷数字运算.
正如美国加州大学伯克利分校天体物理学家DonBacker当时所说的:"所有你需要的是曲别针和超级计算机.
""普通"的守望者现在,数个此类望远镜正在热切追逐EoR信号.
他们希望能在未来1~2年瞥见一些东西.
科学家表示,21厘米射线将打开天体物理学和宇宙学的信息闸门,或许能跟宇宙微波背景辐射研究成果相媲美.
但探测原始辐射信号的难度类似从嘈杂的球迷欢呼声中听到窃窃私语.
"我们在总结经验.
"澳大利亚莫奇森宽场阵列(MWA)首席科学家、美国亚利桑那州立大学JuddBowman说,"我们怀有希望并热切渴望成功.
"这些"奇异"望远镜中最大的低频率阵列(LOFAR)矗立在荷兰北部的泥炭沼泽中.
作为其建设者和主要研究者之一的荷兰射电天文学协会的MichielBrentjens将它称为"世界上令人印象最不深刻的射电望远镜".
他是正确的:LOFAR只是由数百个约1人高的白色塑料杆构成的"丛林",依靠钢索固定.
这些天线与屋顶的电视天线看上去没什么不同.
LOFAR是一个干涉仪.
阵列位于泥炭沼的核心部分有24个集群,每个包含超过850个天线,横跨了4公里的范围.
其他14个集群零星分布在荷兰其他地区,还有5个位于德国,另外,法国、瑞典和英国各有一个.
广阔的空间分布使得干扰仪有更好的分辨率.
但LOFAR的位置并不理想.
荷兰政府承诺将阵列核心布置在该国北部,并提供5300万欧元用于工程建造,以拉动这里的高技术基础设施建设.
尽管位于沼泽地区,LOFAR仍需要与附近的射电源干扰作斗争.
"收音机和电视调频信号异常显著.
它们比EoR信号明显100万倍.
"幸运的是,该研究小组发现,EoR信号的主要搜索区约为150兆赫兹,这里"似乎非常安静".
而另一个主要阵列则位于射线较少的偏远地区.
EoR探测精密阵列(PAPER)则位于南非干旱台地高原半荒漠地区,是Backer的杰作.
自2009年起,其形状如庭院椅子的天线数量一直在增加,现已达到128个.
第三个设备MWA位于澳大利亚西部佩斯以北数百公里的半干旱平原.
MWA最初是LOFAR项目的一部分,但美国的一组研究机构反对将LOFAR建在荷兰"嘈杂"的环境中,最终与该国分道扬镳,并决定与澳大利亚、新西兰和印度同行合作建设自己的阵列.
该望远镜拥有2048个蜘蛛状的天线,"运行良好",研究人员说.
应对复杂挑战但建造这些阵列从某种意义上说仅是简单部分.
LOFAR另一位主要研究者、荷兰格罗宁根大学理论学家SaleemZaroubi表示,这些天线是"旧技术".
它们没有活动部件,因此不能集中到一个特殊的点,仅能接收到射向自己的东西.
它们需要远方的超级计算机弄清这些信号,并将信号与噪音分离.
而这些阵列面临的最大挑战是从相同频率的其他射线源中挑选出极其微弱的EoR信号.
在银河系,此类频率的无线电波来源于超新星残骸、银河系本身磁场加速的带电粒子和氢云内部电子与粒子撞击发出的辐射等诸多来源.
银河系之外,无数的射电星系和星系团也会发射自己的信号.
EoR信号模型显示,其他的射电源比它明亮1000~1万倍.
但由于现存的射电源没有图像或目录,研究小组需要将它们标注出来.
"减去所有这些背景信号后,信噪比仍为1/10,你需要了解这些噪音,并找到量化它们的方法.
"Brentjens说.
一旦做到这些,研究者将得到一个功率谱:射电信号在天空中如何变化的统计分析.
这将解释最大的变化是发生在短距离还是长距离内.
研究人员还能看到随着时间的推移再电离过程呈现的面貌.
EoR或许能够持续数百万年,21厘米射线从历史之初到现在旅行了极长的距离,被拉伸成比后来的射线更长的波长和更低的频率.
因此,一个140兆赫的信号可能比一个160兆赫的信号形成时间更早.
当干涉仪对偏差十分敏感时,EoR中间时期———当时的宇宙一半中性,一半被电离———也将产生最强有力的信号.
"这些望远镜希望了解两个基本事情:EoR何时出现;它持续了多久.
"Bowman说,"这样当它们探测到一个信号后,将能比较容易读出来.
"不过,所有三个设备的研究团队都十分乐观,他们认为自己将很快瞥见EoR的第一缕信号.
"我们已经非常接近理论学家预测的信号水平,并且我们希望利用未来数据做到更好.
"DeBruyn说.
他希望LOFAR将能在明年得出"第一阶段结论".
PAPER和MWA团队也希望如此.
但Bowman指出,这些预测全部基于EoR信号的理论模型.
他承认:"如果到2020年仍没有发现,那将让我们十分沮丧.
"另外,因为对所需信号处理量与计算法则的许多不同假设,"不会存在尤里卡时刻(好啊!
有办法啦).
"Brentjens说.
而已经到来的下一代望远镜:平方千米阵列(SKA)将把目标锁定在从银河系演化到地外智慧信号的所有事情上.
该望远镜的主体将位于南非,但部分阵列将坐落在MWA的家乡,它也将收集低频射线.
因其强大的接受能力,SKA将能超越统计观察,而产生图片.
"我们将能直接看到它们的结构,这是一个巨大的进步.
"Zaroubi说.
(张章)猎寻宇宙起源光子全球巨型望远镜阵列捕捉原始射线喜忧参半图片来源:Truthy是一项研究信息如何在推特网上传播的科研项目,今年是该项目进行的第4个年头.
美国布卢明顿市印第安纳大学(IU)研究人员所作的这项研究在主流媒体报道中得到了普遍支持,因为其研究对象代表着越来越广泛的"网络文化基因"———即关于观点、问题以及事件的信息.
从组织示威运动到传递疾病暴发的信号,网络信息可以在各种事件中发挥作用.
然而,IU的这项研究如今却与另一种互联网现象发生了碰撞:即错误信息如何在网络空间传播.
过去几个月来,Truthy成为一些保守博主和政界人士毁灭性攻击的靶子,他们特别指出,由美国国家科学基金会(NSF)自2011年以来连续4年拨款92万美元所支持的这一科研项目是美国政府企图监视与限制言论自由的表现.
"这些攻击完全不是对我们研究的误解.
"NSF项目主要负责人、计算机科学家FilippoMenczer说,"这是在故意扭曲我们的工作.
"Menczer的工作源于不断发展的复杂的非线性反馈系统领域,该研究还受到美国国防部高级研究计划局以及詹姆斯·S·麦克唐奈基金会的支持.
"这已经成为一个非常热门的研究议题.
"担任IU复杂网络系统研究中心主任的Menczer强调,它包括行星轨道与气候等自然系统方面的信息研究,以及社会领域的研究如推特网上的信息如何传播,同时推特网也开始对研究其每日5亿多条留言的科研人员进行资助.
在NSF资助下,Menczer及其同事已经通过对推特网上信息的研究阐明社会话语的本质.
比如,他们早期关于美国政治辩论的一些研究内容已经发现了极端现象快速增长的证据,其原因是人们更愿意与那些在某一问题上持有相同观点而非异见的人交流.
最近,研究人员对2013年土耳其人抗议政府的示威游行进行了分析,他们发现随着时间的流逝,游行变得越来越民主化,越来越多的人开始影响此次示威游行的方向.
研究人员还希望学习区分由真实的个人通过自动化软件所传递的文化基因,很多商业人士和宣传群体还用这一技术针对某一事件的公共利益制造出互联网海啸的错觉.
而今年夏天,Truthy项目受到了审查,事情缘于8月25日华盛顿自由灯塔网———一个在线保守主义新闻网站.
该网站头条称,美国政府正在"创建一个数据库追踪推特网上的'怨言'".
几天之后,若干个保守主义评论员就跳到了"反对Truthy"一方的战队中.
"一些官僚人士则认为,无论你对政府存在怨言或是在误导其他人,又能改变什么"来自美国福克斯新闻网的一名记者讽刺道.
该文章撰稿人ElizabethHarrington表示,她只是在做自己该做的事.
"我报道的领域之一就是政府如何花费纳税人的钱,这项研究很有意思.
"她解释说,"这项研究的整个前提在我看来都存在可疑之处,此前我从未见过任何一项相关的研究.
"很多批评性文章选择性地引用NSF网站上关于Truthy项目的拨款概要,称该研究是奥巴马政府针对保守派人士的目标案例之一.
比如,这篇自由灯塔网站的文章表示,NSF在资助一项通过"在线政治活动"监视"可疑性因素"以及它所认为的"错误及具有误导性观点"的网络服务.
但事实上,这些词却被用在研究人员创立的让公众针对任何事情都可以阐述己见的在线平台上,科学家并未决定哪些评论是"可疑的",也未针对任何一种特别的意识形态站位.
"这篇头条文章中所说的完全是错误的、捏造出来的.
"Menczer告诉《哥伦比亚新闻评论》说,该杂志在9月份对此事进行了报道.
"我们并没有定义网上哪些留言是怨言,我们没有跟踪任何人,我们也没有对此建立数据库.
"他解释说,新研究的发现会定期在项目网站上发布,而且研究成果会在常规学术期刊上发表,不存在任何把秘密捅给政府机构的问题.
尽管如此,保守派人士依然继续对相关研究持质疑态度.
共和党人士AjitPai在10月17日发表在《华盛顿邮报》专栏中的文章称,这项研究企图"监视与压制"政治言论.
"联邦政府没有任何理由把纳税人赚来的辛苦钱花在一项监视推特网政治言论的研究上.
"Pai争论说.
美国共和党一些高级法律制定者也对Truthy持怀疑态度,其代表人士、众议院科学委员会主席LamarSmith表示,他已经把这项研究加入到所拟出的质疑性科研项目名单之中.
Truthy网的名称来源于英语词汇"truthi-ness",暗指"真实""事实"之意,由批评家StephenColbert在其电视节目中所创.
但具有讽刺意味的是,资助Menczer团队的NSF项目方却称,社会媒体的成长或会加剧社会矛盾,因为它给那些"互不相识或互不信任的各方人士"提供了一个通用的平台.
NSF官方还警告Menczer,如果他因此给自己辩护就是在玩火.
"他们说,'小心点儿.
你不想谈论政治,这不是你该做的.
'"Menczer说.
该研究团队当前的NSF资金支持将在明年夏季结束,Menczer不能确定他是否会继续申请NSF经费.
但如果要申请,他预期道:"我们一定会远离任何与政治相关的事.
"(红枫)"这是在扭曲我们的工作"美互联网研究卷入政治纷争图片来源:美国印第安纳大学FilippoMenczer日本11月18日披露了广受关注的南极洲新鲸类研究计划.
计划设定了每年捕猎333头小须鲸的目标,该研究项目为期12年,其目的是"保护(南极海洋生态系统)资源,同时谋求可持续利用,并了解和预测相关影响因素如气候变化等对南极生态系统产生的作用".
新南极海洋鲸类科学研究项目取代的是去年3月在海牙国际法院(ICJ)叫停的一项类似项目.
该项目名称为"鲸类研究计划(JARPAII)",其目标是每年捕杀850头小须鲸、50头座头鲸以及50头长须鲸,尽管由于反对捕鲸人士的阻止,该计划近年来实际鲸类捕杀量远低于其预定目标.
在日本新计划出台后,保护组织迅速予以反对.
"尽管日本公布的新研究计划强调了非致死性研究的补充条款,但是和此前的研究项目一样,新计划继续捕鲸的目标并没有任何改变.
"日本绿色和平执行主任JunichiSato在给日本媒体的新闻稿中写道,"众所周知,这个项目会使用大量纳税人的钱来保护鲸加工行业的利益.
"新研究计划的草案将被提交给国际捕鲸委员会(IWC)科学委员会,进行开放性修订.
"我们愿意改变研究计划,作为对各界评论和建议的回应.
"IWC日本专员JojiMorishita说.
日本计划于2015~2016年在南半球夏季期间重新恢复鲸类研究,IWC并没有法定权利阻止其恢复鲸类研究,而且目前也尚未有哪个国家会把这个问题重新带回到IWC讨论.
Sato告诉《科学》,国际批评可能是唯一有望阻止鲸类研究的选择.
长久以来,批评人士一直主张日本鲸类研究项目是绕开IWC1982年指定的商业捕鲸活动备忘录的一块遮羞布.
1946年的《国际捕鲸管制公约》允许作为研究目的的捕鲸活动,同时规定这些鲸肉可以在市场上贩卖,日本用这一策略作为对科研支出的补偿.
鲸肉在日本风味餐厅、超市、网购中随处可见,一些日本人还把这道菜当作美味佳肴.
但近年来,鲸肉消费已有所下降,每年很多鲸肉最后被储藏在冷冻库中.
(冯丽妃)全球科技政策新闻与解析科学线人日鲸类研究新计划提出每年捕杀333头须鲸物理学家将领衔美科学促进会美国物理学家、教育家和国会民主党议员RushHolt被任命为科学促进会(AAAS)新首席执行官.
他将接替神经学家AlanLeshner的工作,Leshner自2001年开始领导AAAS,并将于今年冬天卸任.
现年66岁的Holt自1999年开始担任新泽西地区代表,但今年2月,他宣布将不再连任.
Holt作为一位颇有效力的支持增加研究和科学教育额外经费的幕后推动者,广受民主党和共和党同事的赞誉.
Holt还是国会非官方两党联立的"物理学核心会议"成员.
Holt出身政治家庭.
他的父亲是西弗吉尼亚州参议员,母亲是该州州政府秘书长.
他曾担任斯沃斯莫尔学院物理学讲师,在普林斯顿大学等离子体物理实验室工作10年后于1998年入选国会.
Holt曾获得AAAS科学和技术奖学金项目资助,在国会山度过1年时间,他认为这激发了他对政治的兴趣.
"我将继续致力于把更多科学思维带入公共政治和美国社会中.
"他宣布从国会退休后表示,"这些是我的兴趣.
我认为这对维持调查自由十分重要,并且要确保我们支持的不仅是科学研究,还有科学传播.
"Holt还是国会中复兴技术评估办公室的积极拥护者.
(技术评估办公室曾是国会内部德高望重的智库,但在1995年撤销.
)他承认这是一场艰苦的战斗,但却认为值得去努力.
"我想,大部分国会成员都重视科学,并尊重科学家.
但我却没有发现足够基于证据的科学思维、批判思维.
"他说.
Leshner表示:"RushHolt是AAAS领导人的理想选择,他的专业知识、经验以及投身科学和公众服务的理念有助于提高该机构的影响力.
"(张章)RushHolt图片来源:ADAMFAGEN/FLICKR2008年的一艘日本捕鲸船.
日本计划在2015年恢复在南极地区的鲸类研究.
图片来源:《科学》政事人事