Plate Tech Tonic:世界上最大的天文照相底片集正在(緩慢地)數字化

哈佛大學天文臺檔案館藏有五十萬張玻璃底片,記錄了一個世紀以來對整個夜空的觀測


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音樂、攝影和出版都已在不同程度上數字化,它們使用的模擬儲存介質正在迅速失去市場份額或完全過時。天文學領域也不例外,或許除了數字革命在天文學家中很早就紮根這一事實。1969年電荷耦合器件的發明(CCD),它構成了從傻瓜數碼相機到哈勃太空望遠鏡等一切裝置中影像感測器的基礎,在20世紀70年代和80年代改變了專業天文學的面貌。

對於天文觀測,CCD迅速取代了它們的模擬前輩:塗有感光乳劑的玻璃底片,這種底片已經使用了一個多世紀。就像一位收藏了一屋子老式黑膠唱片的唱片收藏家一樣,許多天文臺檔案館現在發現他們的書架上堆滿了儲存介質,這些介質使用起來笨重,遠不如以前流行。但與在收藏家和音響發燒友中保持穩定地位的黑膠唱片不同,照相底片似乎不會很快重新流行起來。

“年輕科學家對進來並拉出底片不感興趣,”哈佛大學天文臺天文照片館館長艾莉森·多恩說。多恩主管著世界上最大的底片檔案館;其約525,000張照相底片,大約是第二大館藏的兩倍。

如今,多恩每週的大部分工作時間都用於將館藏帶入21世紀,透過掃描底片來建立一個數字檔案館,供世界各地的研究人員訪問。該專案被稱為“哈佛天空世紀數字訪問”(DASCH),它正在生成一份關於天空在數十年時間尺度上變化的記錄,這份記錄已經產生了數篇科學論文。但該專案缺乏資金聘請專職人員,其定製的高速底片掃描器的執行速度僅為其設計吞吐量的一小部分。

一些較小的底片檔案館已經數字化或正在數字化過程中,他們使用商用掃描器或定製裝置。但DASCH專案的規模需要比現有掃描器更快的底片掃描器。“這是一個數量問題,”多恩說。“如果我們要用商用掃描器掃描整個館藏,那將需要幾十年。”

哈佛掃描器是在2004年國家科學基金會(NSF)撥款的幫助下建造的,它可以在大約90秒內數字化兩張8x10英寸的底片。但哈佛大學天體物理學家喬納森·格林德萊指出,僅準備用於掃描的底片本身就是一項艱鉅的任務,他是DASCH的首席研究員。“我們現在正在開發一臺清潔機器,因為你不可能手工清潔五十萬張底片,”他說。

掃描開始四年後,DASCH任務僅完成了2%。隨著時間的推移,生產力有所提高,7月份,DASCH團隊數字化了他們的第10,000張底片。但按照目前的速度,數字化剩餘館藏至少需要20年。“即使有了這臺神奇的機器和這個精密的軟體,仍然需要人,”格林德萊說。他說,如果配備六到八名員工——主要是技術人員,外加一兩名系統程式設計師——DASCH流水線每天可以處理400張底片,有可能在幾年而不是幾十年內掃描完整個檔案館。

這並不是說DASCH沒有得到支援。除了2004年NSF的544,794美元撥款外,DASCH還獲得了去年另一筆NSF撥款,這次為722,275美元,持續到2013年。但這不足以聘請全職員工,即使在擁有美國最大大學捐贈基金的哈佛大學,也很難獲得大筆機構資金。“這裡還有許多其他需求,即使在這所相對富裕的大學也是如此,”格林德萊說。

那麼,為什麼要費力進行這樣一個成本高昂且勞動密集型的專案呢?除了其無與倫比的數量外,哈佛檔案館的獨特之處還在於其完整的天空覆蓋範圍——觀測來自南北半球的望遠鏡——以及極其長的時間尺度。底片記錄了從19世紀80年代到20世紀80年代夜空中的天體,中間大約有13年的空白期,被稱為門澤爾空白期,以當時的天文臺臺長唐納德·門澤爾的名字命名,他在1953年暫停了觀測活動。

諸如斯隆數字巡天等大規模巡天專案,它是基於CCD的,它比哈佛檔案館擁有的技術更強大,觀測更一致。畢竟,照相底片來自無數不同的望遠鏡,其中許多望遠鏡非常小,在不同的觀測條件下執行,並且感光乳劑的質量也各不相同。但現代巡天專案覆蓋的時間跨度比DASCH的世紀要短得多。“這是一個我們知之甚少的時間域,而且在廣闊區域內沒有任何系統的瞭解,”格林德萊說。

即使使用已經掃描的少量底片樣本,該檔案館也正在產生一些科學成果。《天文學雜誌》2010年10月號上的一項研究使用了500張數字化底片的樣本,每張底片都包含星團M44,結果表明,檔案館中的大多數底片都可以校準到0.1星等以內。(星等是衡量天體視亮度的單位。)並且2月份發表在《天體物理學雜誌快報》上的一篇論文使用DASCH資料庫識別出三顆恆星,它們的亮度在10到100年的時間尺度上存在顯著且無法解釋的變異性,幅度為一個完整星等。

該小組目前正在研究美國宇航局的開普勒探測器自2009年以來一直在巡天探測的那片天空角落,以尋找系外行星的存在。“我們將瞭解這片天空在過去100年的時間歷史,與這艘航天器測量的極短時間變異性相比,”格林德萊說。

他指出,一旦掃描過程完成,物理檔案館就可以儲存在其他地方。“我們將儲存它們——它們是最終的記錄,”他說。“但我們幾乎肯定會將它們移出現場。”多恩估計,這些玻璃底片總共重達170噸,佔地465平方米的劍橋房地產。

目前,底片館藏的巨大佔地面積可能代表了其加速數字化程序的最佳希望,將歷史悠久的圖書館更新到現代相關性。“我一直在努力說服我的哈佛籌款人,如果我們能掃描完這些東西,我們就可以解放半棟大樓,”格林德萊說。

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