今年早些时候，天文学家们偶然发现了一个引人入胜的现象：我们银河系中心附近很可能存在数千个黑洞。促成这一发现的 X 射线图像并非来自某种尖端新望远镜。它们甚至也不是最近拍摄的——其中一些数据是近 20 年前收集的。不，研究人员是通过深入挖掘旧的、长期存档的数据发现了这些黑洞。随着“大数据”时代的到来，科学的运作方式正在发生变化，这样的发现只会变得越来越普遍。天文学家每天都在收集呈指数级增长的数据——数量之多，以至于需要数年时间才能发掘出隐藏在档案中的所有信号。天文学的演变 六十年前，普通天文学家大多独自工作或在一个小团队中工作。他们很可能在自己所在的机构拥有一台相当大的地面光学望远镜。
他们的观测很大程度上局限于光学波长——也就是人眼大致能看到的光。这意味着他们错过了来自各种天体物理源的信号，这些源会发射从低频射电到高能伽马射线的非可见辐射。在大多数情况下，如果你想从事天文学研究，你必须是一名学者，或者是一个有钱且古怪的人，并且能够接触到一台好的望远镜。
旧数据以照相底版或已出版的目录形式存储。但要获取其他天文台的档案可能很困难——对于业余天文学家来说，这几乎是不可能的。
如今，有覆盖整个电磁波谱的天文台。这些尖端天文台不再由单个机构运营，通常由航天机构发射，并且经常是涉及多个国家的联合项目。
随着数字时代的到来，几乎所有数据在获取后不久都会公开。这使得天文学变得非常民主——任何想参与的人都可以重新分析几乎所有成为新闻的数据集。（您也可以查看导致发现数千个黑洞的钱德拉数据！）
这些天文台产生惊人的数据量。例如，自 1990 年以来运行的 哈勃空间望远镜 已经进行了超过 130 万次观测，每周传输约 20 GB 的原始数据，这对于一台最初设计于 1970 年代的望远镜来说是令人印象深刻的。智利的阿塔卡马毫米波/亚毫米波阵列现在预计每天将向其档案添加 2 TB 的数据。
数据洪流
天文学数据档案已经非常庞大。但情况即将爆发。
新一代天文台通常比上一代灵敏度至少提高 10 倍，这可能是由于技术改进，也可能是因为任务规模更大。根据新任务的运行时间，它可以探测到比之前相同波长任务多数百倍的天文源。
例如，比较 1990 年代飞行的早期 EGRET 伽马射线天文台，以及今年满 10 周年的美国宇航局旗舰任务费米。EGRET 只探测到了天空中约 190 个伽马射线源。费米已经探测到了 5000 多个。
正在智利建造的大型综合巡天望远镜 (LSST) 将在每隔几天就拍摄一次整个天空。它将如此灵敏，以至于每晚都会产生 1000 万次关于新发现或瞬变源的警报，十年后将形成一个超过 15 PB 的目录。
将于 2020 年完工的平方公里阵列 (SKA) 将成为世界上最灵敏的望远镜，能够探测到 50 光年外外星文明的机场雷达站。仅一年的运行，它产生的数据量将超过整个互联网。
这些雄心勃勃的项目将考验科学家们处理数据的能力。图像需要被自动处理——这意味着数据将被缩减到可管理的规模，或转化为最终产品。新的天文台正在突破计算能力的极限，需要能够处理每天数百 TB 数据量的设施。
由此产生的、全部可公开搜索的档案将包含比您典型的 1 TB 备份硬盘上可以存储的信息量多一百万倍的内容。
解锁新科学
数据洪流将使天文学比以往任何时候都更加协作和开放。得益于互联网档案、强大的学习社区和新的推广活动，公民现在可以参与科学。例如，通过 Einstein@Home 计算机程序，任何人都可以利用其计算机的闲置时间帮助搜索来自黑洞碰撞的引力波。
这对科学家来说也是一个激动人心的时期。像我这样的天文学家经常研究的时间尺度远远超出普通人的寿命，以至于实时观测它们根本不可能发生。例如，典型的星系合并——顾名思义——可能需要数亿年。我们能捕捉到的只是一张快照，就像车祸视频中的单个静帧一样。
然而，有些现象发生的时间尺度较短，只需几十年、几年甚至几秒钟。这就是科学家们在最新研究中发现数千个黑洞的方式。这也是他们最近意识到，一个附近矮星系中心发出的 X 射线辐射自 1990 年代首次被探测到以来一直在减弱的原因。这些新发现表明，将在跨越数十年的档案数据中发现更多。
在我自己的工作中，我利用哈勃档案制作“喷流”的电影，这些是高速等离子体从黑洞喷射出来的光束。我使用了跨越 13 年的 400 多张原始图像，制作了附近星系 M87 喷流的电影。该电影首次展示了等离子体的扭曲运动，表明喷流具有螺旋结构。
这类工作之所以成为可能，是因为其他观测者为了其他目的，在我上幼儿园的时候恰好捕捉到了我感兴趣的天体的图像。随着天文学图像变得越来越大、分辨率越来越高、灵敏度也越来越高，这类研究将成为常态。
Eileen Meyer 是马里兰大学巴尔的摩县分校的物理学助理教授。本文最初发表在 The Conversation 上。
