Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Стати вченим-аматорським

У редакційному виданні одного з провідних наукових журналів одного разу проголосив кінець аматорській науці: «Сучасної науки більше не можна робити обдарованими любителями зі збільшувальним склом, мідними дротами та банками, наповненими спиртом». Тоді як у мене в кишені є 10-кратна лупа, шпулі з мідного дроту на моєму робочому столі і сусідня баночка з метанолом для очищення ультрафіолетових фільтрів у моїх домашніх сонячних ультрафіолетових і озонових спектрорадіометрах. Так, сучасна наука використовує значно складніші методи та інструменти, ніж у минулому. І ми любимо. Коли ми не можемо дозволити собі найновіший науковий інструмент, ми чекаємо, щоб купити його на надлишковому ринку або побудувати свій. Іноді можливості наших саморобних інструментів конкурують або навіть перевершують їхні професійні колеги.

Так почалося есе про аматорську науку Мені було запропоновано написати для Science (квітень 1999, bit.ly/cTuHap), один з провідних світових наукових журналів. Як не дивно, цитата в першому реченні вийшла з редакційної статті, яка раніше була опублікована в Science.

За 11 років з мого есе з'явилося в Science, вчені-аматори продовжували робити те, що вони робили протягом століть. Вони виявили значні копалини динозаврів, знайшли нові види рослин і виявили багато нових комет і астероїдів. Їх відкриття були опубліковані в наукових журналах і книгах. Тисячі веб-сайтів детально описують величезну кількість аматорських наукових порад, проектів, заходів та відкриттів. Ральф Коппола перерахував багато з цих сайтів у «Подорожі», його щомісячній колонці «The Citizen Scientist» (sas.org/tcs).

Сьогоднішні вчені-аматори мають доступ до складних компонентів, інструментів, комп'ютерів і програмного забезпечення, які не можна було навіть уявити ще в 1962 році, коли я побудував свій перший комп'ютер, примітивний аналоговий пристрій, який міг би перевести 20 слів російської на англійську мову за допомогою пам'яті складається з 20 триммерних резисторів (bit.ly/atF5VL).

Компоненти, такі як багатоволнові світлодіоди і лазерні діоди, можуть бути використані для виготовлення спектрорадіометрів і приладів, що вимірюють передачу світла через атмосферу. Зображення, створені цифровими відеокамерами та фотокамерами, можуть бути проаналізовані за допомогою вільного програмного забезпечення, як ImageJ, щоб вивчити природний світ таким чином, який навіть не уявляли собі кілька десятиліть тому. Любительські астрономи можуть встановити на своїх телескопах доступні цифрові камери, які потім сканують небеса під контролем комп'ютера.

Камери, мікроскопи, телескопи та багато інших виробів, що збираються, можуть бути модифіковані або іншим чином зламані для надання спеціалізованих наукових приладів. Наприклад, датчики цифрових камер дуже чутливі до довжин хвиль ближнього інфрачервоного випромінювання, що виходять за межі людського зору приблизно від 800 нм до 900 нм. ІЧ-блокуючі фільтри, розміщені над датчиками камери, блокують ближнє ІЧ-діапазон, так що фотографічні зображення зображують зображення, які вони бачать людським оком. Видалення ближнього ІЧ-фільтра забезпечує камеру, яка може записувати невидимі довжини хвиль, які так добре відображені здоровою листям.

Багато виробників, які публікують свої проекти на сторінках MAKE, Nuts і Volts, а також через Інтернет, мають технічні навички та ресурси для розробки наукових інструментів та інструментів, набагато більш просунутих, ніж все, що розробили мої покоління вчених-аматорів. Вони також мають можливість використовувати ці інструменти для початку власних наукових вимірювань, досліджень та досліджень. Таким чином, вони мають потенціал стати піонерами для наступного покоління серйозних вчених-аматорів.

Попередні випуски цієї колонки охоплювали підходи до вступу у світ аматорської науки, а майбутні колонки представитимуть більше. Зараз я закінчу цю частину коротким описом того, як я почала робити серйозну аматорську науку, щоб ви могли бачити, як відносно базовий набір спостережень атмосфери триває більше 20 років і, з будь-якою удачею, продовжиться ще 20 років.

Приклад: 20 років моніторингу озонового шару

У травні 1988 року я прочитав, що уряд США планує припинити програму сонячного ультрафіолетового випромінювання В через проблеми з інструментами. Протягом декількох місяців я почав щоденний моніторинг УФБ з використанням домашнього радіометра. Радіометр використовував недорогу інтегральну схему для підсилення струму, створюваного УФ-чутливим фотодіодом.Інтерференційний фільтр пропускав тільки довжини хвиль UVB приблизно від 300 нм до 310 нм, при цьому блокуючи видимі хвилі.

Я описав, як зробити дві версії УВБ радіометра в колонці «Любительський вчений» серпня 1990 року Scientific American. У цій статті також описано, як радіометр виявив значне скорочення сонячного УФО, коли густий дим від лісових пожеж в Єллоустонському національному парку перевалив моє місце в південному Техасі у вересні 1988 року.

Озон сильно поглинає УФ, а кількість озону в колоні через весь шар атмосфери може бути визначено шляхом порівняння кількості УФ у двох близько розташованих УФ довжинах хвиль. Це можливо тому, що коротші довжини хвиль поглинаються більше, ніж довші хвилі.

Це означало, що мій простий ультрафіолетовий радіометр утворив половину озонового монітора. Таким чином, я побудував два радіометри всередині корпусу приблизно вдвічі менше, ніж книга з м'якою обкладинкою. Фотодіод одного радіометра був оснащений фільтром, який вимірював UVB на 300 нм, а другий був оснащений 305-нм фільтром. Я назвав прилад “TOPS” для Total Ozone Portable Spectrometer. (Докладні відомості наведені в bit.ly/9JOth9.)

TOPS був відкалібрований на рівні озону, що контролюється супутником Nimbus-7 НАСА. Це дало емпіричний алгоритм, що дозволив TOPS вимірювати озоновий шар в межах близько 1% від кількості, виміряної супутником. Протягом 1990 року показники озону від TOPS та Nimbus-7 були узгоджені. Але в 1992 році два набори даних почали розходитися, так що TOPS демонструвала кілька відсотків більше озону, ніж супутник.

Коли я повідомив вченого з озону в Центрі космічних польотів НАСА (GSFC) про цю невідповідність, вони ввічливо нагадали мені, що супутниковий інструмент є частиною великої наукової програми, а не саморобним інструментом. Я відповів, що побудував другий ТОПС, і обидва показали подібну різницю, але це не переконало їх.

Протягом серпня 1992 року я вперше відвідав обсерваторію Мауна-Лоа на Гавайських островах, щоб відкалібрувати свої інструменти на цьому незайманому місці на висоті 11 200 футів над Тихим океаном. Там також був відкалібрований світовий стандартний озоновий інструмент, який вказував на різницю в вимірах озону, зроблених Nimbus-7, які були подібні до того, що я спостерігав.

Зрештою, НАСА оголосила, що дійсно існує дрейф у калібруванні свого супутникового озонового інструменту. Документ, який я написав про це, викликав мою кар'єру як серйозного вченого-аматора, коли він був опублікований в Nature, іншому провідному науковому журналі ("Помилка моніторингу озонового супутника", стор. 505, 11 лютого 1993 р.). Пізніше GSFC запросив мене на семінар, присвячений моїм атмосферним вимірам, який вони називали «Здійснення науки про Землю на бюджетному бюджеті». Ця розмова призвела до двох поїздок, спонсорованих GSFC, для вивчення димної атмосфери над Бразилією під час щорічного горіння цієї країни, а також декількох. поїздки до великих лісових пожеж у західних штатах США.

Далі

Регулярні вимірювання озону, які я розпочав 4 лютого 1990 року, продовжувалися до сьогоднішнього дня разом з вимірами, зробленими різними домашніми інструментами шару водяної пари, туману, UVB та інших параметрів. У майбутніх стовпцях ми розглянемо, як можна також здійснювати такі вимірювання - і дуже можливо зробити власні відкриття.

Поділитися

Залишити Коментар