搜尘记——中青报关于StarDust@home的报道

搜尘记
2007-08-22
本报记者 周欣宇 实习生 李昆仑

                               
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    午夜，江苏省常州市的一栋3层楼房里，蔡雨江坐在笔记本电脑前，目不转睛地盯着屏幕上移动的光标，调节着虚拟显微镜下的聚焦影片。这个扬州大学动物医学专业的二年级学生，正利用暑假进行一项世界顶尖的太空研究——寻找来自太阳系以外的星际尘埃。

    然而，这些来自太空的尘埃微粒，与蔡雨江远隔重洋，正静静地躺在美国加州大学伯克利分校的实验室中。

   & nbsp2006年1月15日，“星尘”号飞行器携带着花了7年时间从太空中收集的星际尘埃的气凝胶，降落在美国犹他州的沙漠中。安坐在返回舱里的是“星尘”号与怀尔特2彗星在2004年1月戏剧性地交汇时捕获的珍贵微粒。此外，“星尘”号在漫长的航行中，还收集了另一种更为稀少的“珍宝”——源于遥远恒星的星际尘埃微粒。

    通过这些尘埃微粒，科学家希望探究“太阳系、地球以及生命诞生的重要线索”。因为星际尘埃在恒星和行星的形成中起重要的作用。46亿年前，气体和尘埃形成了太阳系。组成地球和我们身体的重元素也曾经是星际尘埃。著名歌手乔尼·米歇（JoniMitchell）说， “我们即是星尘。”寻找星尘，某种意义上讲就是寻找人类的“祖先”。然而，我们连典型的星际尘埃看上去是什么样都不知道！

    科学家在开始研究之前，首先要找到它们。这可不容易。与从彗星处收集到的上千个大小不一的微粒不同，科学家估计，“星尘”号仅收集到大约40个星际尘埃微粒。它们很小——仅有微米大小！这些稀少又微小的微粒埋在0．1平方米大小的气凝胶中，“好比在足球场上寻找45只蚂蚁”。更糟糕的是，在完成7年的空间飞行后，收集器表面产生了许多缺陷和裂纹。所有这些使得定位星际尘埃变得极为困难。

    如果该项目放在20年前做，科学家要使用高倍显微镜来寻找轨迹，由于显微镜的视野很小将导致不得不移动显微镜超过160万次，才能完全扫视整个收集器。在每一个观察区域，科学家需要手工上下调整焦点来寻找轨迹。这个工作量太大了，即使20年前开始，到现在也干不完！

    幸亏全球有一批蔡雨江的同好。据悉，世界上目前有两万多人像蔡雨江一样在网络上用虚拟显微镜寻找星际尘埃微粒，组成了一支浩浩荡荡的志愿者大军，正在有条不紊地观测每一幅影像。

    起初，美国加州大学伯克利分校空间科学实验室的副主管安德鲁·韦斯特法尔（A n d re w W e stp h al）并没打算发动群众。

    他首先考虑用计算机自动搜索星尘。先用显微镜扫描整个气凝胶收集器表面，建立一个气凝胶收集器“图像集”。但是，如果使用计算机软件在“图像集”中搜索星尘，必须用包含真正星际尘埃微粒的气凝胶图片“训练”计算机。问题在于，以前从未收集到此类样品。科学家只是近似地知道深入气凝胶中的微粒大概会是什么样子。对计算机来说这完全行不通，自动扫描的计划走到了尽头。

    该如何定位这些来自遥远星辰的无价之宝呢？一种工具可用来完成这项工作：人眼。相比之下，通过网站上的简单培训，人眼即可以在虚拟显微镜下识别出星际尘埃微粒的轨迹。

    但是新的问题来了，显微镜以必要的放大倍数扫描整个气凝胶表面，会产生数百万张单独的图像，什么人能看完这么多图片呢？即使有人来做，要用多久呢？在成千上万张图片的审视中，怎样能始终保持发现一个微粒的警觉性？

     韦斯特法尔想起了与他的实验室同在一栋大楼的另一个项目。走廊里，相隔了几个门的空间科学实验室，戴维·安德森（D av id A n d e rso n ）和他的团队正在进行SETI＠home——史上最大、最成功的分布式计算项目。世界各地数百万的计算机用户通过SETI＠home联合在一起寻找地外文明。是否能以相似的途径使全世界的爱好者参加到寻找星际尘埃中来呢？

     韦斯特法尔开始考虑如何把这个想法变成现实。与SETI＠home不同，识别星尘需要人们亲自观察，而不是靠计算机自动处理数据；与SETI＠home又相同，是这项工作同样依赖众多的参与者，他们把看似艰难的工作分割成小块。鉴于此灵感的来源，新的项目被命名为“星尘连着我的家”（“S tard u st＠h o m e ”）。与先前的计划一样，自动显微镜扫描收集器的整个表面，记录下气凝胶每一细微局部的数字影像。由于每一张图片覆盖一颗盐粒那么大小的区域，且每张图片会与它相邻的图片有10％的重叠，显微镜需要在收集器的不同地方聚焦一百六十万次才能覆盖到整个表面。

    志愿者只要下载星尘收集器微小局部的一个影片，使用虚拟显微镜进行观察，找出真正的星际尘埃，程序会把察看的结果返回服务器，之后，用户再继续下载新的影片……每个用户只会看到收集器的很小一部分，但是联合起世界上数以万计的用户，那么要不了几个月就能纵览整个收集器了。

    由于韦斯特法尔和他的小组无法评价每个观察者的能力，他们采用了多数制来决定一个特定的区域是否要进行第二轮检查。将每个影片分发给4个用户，至少两人报告有所发现，它才能被看成是候选者。在这种情况下，该影片将再次发给更多的人，新的观察者并不知道这个影片已经被别人插了小旗。如果第二轮多数人将它作为发现报告，那么专家会对该区域再进行观察，以确定那里是否存在真正的尘埃颗粒。

    在国内某家电视台工作的罗进今年不到30岁，从小爱好天文，但是繁忙的工作让他不再有时间仰望星空。但最近，只要稍有空闲，他就会一头扎到网上去寻找星尘。“有这样的机会当然不能错过了，足不出户就能观测太空！”他兴致勃勃地说。在第一阶段中，他的排名在全球志愿者中居第91位。

    北京科技职业学院生物技术与应用专业的曾维舟也是中国志愿者中的活跃人物。他在QQ上组建“群”，取名“stardust＠china”，供中国的搜尘志愿者网上交流，还在水木社区，分布式论坛等网站发帖，鼓动更多人加入搜尘计划。

    “加入计划时刚好是暑假，一天到晚吃饭、睡觉、看电视，到论坛灌水，很无聊。搜尘是最好的打发时间的方式。还能参与科研，真好！”这个大学二年级男生在QQ上告诉记者。

    华裔美国科学家邹哲是美国国家航空与航天管理局喷气推进实验室资深研究员、“星尘”项目的设计者和副首席科学家。在接受记者电话采访时，他解释说，美国国家航空航天局要求所有的项目都拿出一部分预算来推动普通公众参与研究，尤其是学生。

    “志愿者可以帮助我们节省很多人工。”邹哲说，“但最主要的是，以前公众都认为太空探测高高在上，现在我们给一般人参与的机会。因为我们用的是纳税人的钱。”

    今年7月，在刚刚完成的第一阶段搜索中，志愿者共找到了数十颗星际尘埃候选微粒。按照这些线索，项目组正在休斯敦的美国航空航天局约翰逊太空中心提取这些候选微粒，以做进一步检测和研究。

    依靠分布式研究的力量，一个个超越众多科学家的能力甚至是先进计算机运行耐力的任务将由志愿者像吃快餐一样在短时间内完成：

    ——斯坦福大学化学教授维杰·潘德领导了Genome＠home项目，他同时还在运行一个相关项目，模拟蛋白质在形成三维形状时的行为。每天，一个志愿者的电脑为此可以计算大约十亿分之一秒的一个蛋白质的形成过程。

     ——英国牛津的卢瑟福－阿普尔顿实验室的气象动态研究学家迈尔斯·阿艾则试图预测2050年的全球气候。他向17000多名志愿者发放了各种气候预测模型，每一个计算模型者至少需要在一台台式电脑上计算200天。这使研究者可以模拟数千个方案，评估包括气温等100多个参数对全球气候的影响。如果仅有一台超级计算机，那么只能模拟12个方案。

    尽管SETI＠home目前还没有出现任何激动人心的发现，但不少研究项目已经开始获得成果。约95000名志愿者组成的一个团体赢得了数项加密竞赛的大奖并且发现了新的质数。斯坦福大学的潘德教授已经根据正在进行的研究蛋白质的试验结果，在《科学》杂志上发表了两篇论文。

    有人评论说：“在这个网上色情内容日增、诈骗和大量垃圾邮件堆积的时代，真正推动这项运动的是一种利他主义和科学研究的精神，以及重新回到纯净的早期互联网时代的渴望。”

    尽管星尘搜索项目工作组将邀请排名首位的志愿者访问加州大学伯克利分校空间科学实验室，发现星际尘埃微粒的志愿者将拥有给该微粒命名的权利，发现者将作为合著者出现在任何一篇由星尘搜索项目发表的科学论文中，但对多数志愿者来说，这些都不是问题的关键。

    蔡雨江承认，这些“诱惑”的确刺激了大家的参与热情，但并不是志愿者们乐此不疲的主因。一开始他雄心勃勃地打算拿第一，但很快发现，排在前3名的志愿者都是团队合作。“一天下来可以看近万张图，我当然没戏了。”现在，他已经不再为排名无法上升感到沮丧。

    无论怎样，蔡雨江们最看重的是“呆在家中就可以享受发现的乐趣”。正如韦斯特法尔所说：“怀着兴趣玩。如果你在做的时候没有任何乐趣，那么请停止去做别的事吧！”

   

   &nbsp2006年1月17日，在美国洛杉矶，“星尘”项目科学家初步检验飞船返回舱收集的彗星物质样本后，确认这个项目取

    得了成功。项目首席研究员布朗利·唐纳德（右三）打出胜利的手势。