在过去十年左右,由于各种原因,电子计算机已经渗透到天文学的所有领域。客观的需要与各种机会是相适应的。天文学家业已机灵地跟上了近几年来空间项目的电子计算机化。一旦必须靠遥测从火箭和卫星以数字形式发播的数据来工作,那么,肯定总有一天会常规地使用同样的技术来处理其他的数据源。
天文学根据传统方法来处理它的数据,其耗费是很大的。大型施密特望远镜的一张底片,在6度×6度的天区内,可能包含着108个不同的星像。仅仅记录这些星像的位置,就要花费一个熟练技术人员一生中精力最旺盛的年华。全世界天文台的图书馆,很可能收藏了足够的情报资料,足以使全世界的天文学家,花费他们毕生的精力,去使用它们一也许是致力于研究一些并没有什么特殊兴趣的问题。
对计数恒星和测量底片问题的简单解决办法,类似于六十年代高能物理学所必须解决的问题所使用的方法,那时,靠手和眼睛来测量气泡室内快速粒子的轨迹,是完全不可能的。首先需要的是将一张底片上不同位置的星像转换成曝光密度的数字记录的装置。在几个天文台已经研制了底片读取系统。通常,这种技巧不仅取决于硬件,而且也取决于软件——在这种情况下,起码的程序要说明星像是什么,它是一颗恒星吗?或者是一个星系(并说明是哪类星系)?或者是别的天体?
描述这些系统优点的一种简明方法是:为了研究“宇宙”(“COSMOS”)底片测量系统(英国爱丁堡皇家天文台)所用的软件,一个人大约要花五十年编程序的时间,这样才能在一天之内测完一张施密特底片上的星像,而不需要一生(即一个人工作五十年)。这个优值系数,也就是这些装置的真实价钱的指标,50万磅也许过高估计了研制中的“宇宙”底片测量系统的真实价钱。
天文学中近来电子计算机化的其他分支是数据库的数学化。迄今,对这种技术的优点的最清楚的说明,是爱因斯坦X射线卫星(现在值得庆幸和惊奇的是它恢复了工作秩序)。X射线望远镜实质上是一个锥形玻璃表面组成的系统,这些玻璃表面,以多少不同的掠射入射角,反射X射线光子。检测器本质上是电子学的,仿效核物理的方法。所以,数据是数字形式的,这些数字由每个X射线光子在成像平面上的空间坐标所组成。这就是对光子到达角度和到达时间以及甚至连入射光子能量的信息,都不作记录的原因。
事实上,爱因斯坦卫星装备着各种各样的X射线检测器,它们分别提供各种不同的数据。具有高分辨率的检测器(称为高分辨率摄像管),被设计来记录X射线光子到达MgM2底片上的时间。从这种底片上,在8毫秒的时间内,于1″之内产生电子级连射流。由于镜面系统的特性,这个仪器的工作空间分辨率,比这还要小(十分之几角秒)。但是,这一高分辨率的仪器,没有值得一提的光谱信息,只有这样的结果:计算机系统仅仅储存着空间和瞬间信息。
从爱因斯坦天文台上的其他可以产生光谱信息的仪器(但其空间分辨率不是太高)所得出的数据流,可以再产生空间、瞬间的光谱信息。这样复杂化的实际价值是:某些X射线源由于它们随时间的迅速变化而特别有趣。因此,由双星系统(物质在两颗星之间转移)组成的某些X射线源,其X射线的强度,在几分钟的时间尺度上间断地发生起伏。其他天体,例如类星体,也随时间发生起伏。爱因斯坦天文台某些早期的观测(例如见Tananbaum,H等人,天体物理通讯〔A. P. J. Lett. 〕234;L9;1979),仅仅根据50个左右的X射线光子数目,来说明远距离类星体X射线强度在几个小时内的变化。
不言而喻,使用这颗卫星的一系列观测纲要,要求船载电子计算机明确指出所储存的是什么信息,是用什么样的方式;同时一台高分辨率仪器扫描一条小天区所规划的方式,要求对将要分析数据的方式作出某些预测。视场在天空上的移动,是以互相衔接的方式,这种观测纲要通常是有好处的。对特殊天体的观测,事先规划好,不在任意的时间进行:而以一种能产生重要的统计结果的方式进行(这需要同时测量背景辐射),已成为很平常的事。
天文学作为一个整体来说,借助于各种检测器的研制,现在似乎确定要朝着这个方向发展。这些检测器的主要目的,是为了改进望远镜的灵敏度(光学、射电、红外以及我们今天所具备的全部波段),而作为一个副产品,将会得出原始数据的数字流。最后,将要面临着位置、光谱和瞬间信息之间的平衡问题,可是,这仍然完全是要由天文学家来决定的事情。简单的道理是:原则上它可以记录发生在图像增强器光敏表面上每个光量子事件的每个细节,但要能储存这样大量的信息却是没有希望的。
由此可见,天文学的电子计算机化,要是能说已经剥夺了需要辨别和判断能力的地位,是没有意义的。虽然更为有效的光检测器的出现,通常使收集某些远距离天体大量信息所花的时间,有可能显著地减少。但是,对于预先清楚地决定希望回答什么问题以及对于收集所需要的最少量的数据这些需要,却没有减少。事实上,由于收集数据容易,这种需要反而增加了。
剩下的令人头痛的事,是人的技能几乎不可避免地要与电子计算机的程序设计联系在一起。研究生们已经重复发现,他们自己被吸引在为识别例如像椭圆星系或测量球状星团的椭率而编写程序的课题中。尽管这些研究是教育性质的,显然存在这样一种困境:即大量的创造性可能会耗费在实质上是些重复性的工作上。
在英国这是受到鼓励的一部分研究工作;由六个天文学中心组成一个工作网,取名为“STARLINK”它是受到科学研究委员会资助的一个课题。这项计划规定,五个英国的天文中心(格林尼治皇家天文台、爱丁堡皇家天文台、伦敦大学附属学院、曼彻斯特大学和剑桥大学),应当提供同样的计算机系统,并且以低容量的数据连接线连接到协调中心。这个中心位于研究委员会下属的罗瑟福 - 阿普尔顿研究所(Ruzhorforcl-Appletor)。
STARLINK系统是一种人 - 机通信的交互系统,在其中的DEVAX计算机系统,给天文学家提供星像的图像显示,例如为了要得出星像的整个剖面,可以按这种方式或那种方式操作星像。可是,迄今大多数工作是光谱分析课题的发展。对于谱线频率和深度,人们怎么能提取作为波长数值数据函数的强度的记录呢?表面上这类似于在完全不同的领域内所出现的问题。在医学物理学中,人们总是想确定如何能最好地表征心搏。
虽然希望在数月后而不是数年后就可以利用全部软件的组合程序,但是这个系统还不完全是营业发达的商业服务。可是,对某些目的而言,这个系统的响应显然是不够快的——例如人们要跟踪木星大气中图像的运动,就需要更复杂的图像处理过程,并且有足够快的响应。这就是某些与近来一系列行星探测器的数据处理过程有关的系统,已经独立地发展了更复杂的图像处理系统的原因。伦敦大学附属学院的IPSII系统是这样一个系统,它使科学家可以接近大量的以数字形式储存的卫星图像。由于这个系统的交互通信的性质,可以详细解释数据的所有方面。