Podcast o astroinformatice

Podcast do předmětu ISKM01 Informační vědy o vybraném typu informatiky.

ASTROINFORMATIKA

Astroinformatika v sobě snoubí především astronomii, astrofyziku a informatiku, s apelem na datovou vědu, statistiku, strojové učení a informační a komunikační technologie.[1]

Z hlediska vymezení spacecraftu, tedy vesmírné techniky, můžeme hovořit o zařízeních obíhajících na orbitách kolem Země buď určených ke sběru dat ze Země a jejího blízkého okolí, pak hovoříme o geoinformatice[2], nebo o zařízeních určených ke sběru dat z dalekého vesmíru, jiných planet Sluneční soustavy nebo dalších hvězd, pak hovoříme o astroinformatice. V případě průniku těchto oborů v raketové vědě a budování spacecraftu se pak tyto obory mohou případně prolínat a využívat softwareová i technická řešení stejných či podobných problémů, jako odolnost zařízení proti radiaci či vynesení přístrojů na orbitu, než vůbec mohou začít s měřením a získáváním dat.

V obou případech, ať už u vědců zabývajících se astroinformatikou, tak u vědců zabývajících se geoinformatikou, bychom měli uvažovat o důležitosti datové gramotnosti vědců, která je klíčová pro budoucnost vzdělávání a výzkumu.[3] S novými technologickými zařízeními k získávání dat, jako jsou vesmírné sondy, se musíme zabývat otázkami čištění, zpracování, interpretace a vizualizace dat.

Právě jako následek datové exploze první dekády tohoto století vzniká astroinformatika jako podobor informatiky a astronomie. Tato datová exploze byla výsledkem celodekádových pozorování oblohy za pomoci nových technologií přinášejících obrovské množství astronomických dat,[4] které žádný příčetný astrofyzik nedovede sám zpracovat. Mezi nové technologie, které přinesly právě tento exponenciální nárůst dat, patří virtuální pozorování, vysoko-výkonnostní a distribuované výpočty, ale také nové teleskopy.[5] Astroinformatika přinesla výzvu k hledání nových přístupů k zpracování dat, odkláněla se od tradičních astronomických neformálních ad-hoc řešení k datově-orientované revoluci astronomického výzkumu.[6] V počátku bychom tedy mohli označit astroinformatiku spíše za podobor datové vědy spíše než informatiky.

Astroinformatika tak řeší problematiku organizace dat, jejich popis, vytváření astronomických klasifikací a taxonomií, také ale data mining, vizualizaci dat a statistiku.[7] Pro naše oborové hledisko je tak klíčová otázka vyhledávání v datech, dále pak aplikace metod digitálního kurátorství pro uchování dat a jejich další použitelnost.[8]

S vznikem astroinformatiky také blízce souvisí vznik astrostatistiky jakožto podoboru statistiky, jde tedy o aplikaci statistických metod a metod pro vývoj algoritmů pro řešení astronomických problémů.[9]

Informatický rozměr astroinformatiky byl spíše zaměřen na vytváření digitálních databází, archivů fotografií a vytváření výzkumných nástrojů; z našeho oborového hlediska mi přijde důležité zmínit vytváření digitálních sbírek historických dat a pozorování vesmíru, na které můžeme nahlížet jak tradičními knihovnickými praktikami, tak z již zmíněného digitálně-kurátorského pohledu.[10]

Dále klíčová bude otázka umělé inteligence (AI) a strojového učení, zejména k automatické interpretaci dat.

V samotné oblasti astronomie se nabízí uplatnění v informatických a statistických metod v následujících problematikách:[11]

• měření vzdáleností,

• odhady hmotností,

• vlastnosti hvězd včetně jejich vývoje,

• studium populací (přičemž termín populace v astronomii odkazuje ke klasifikaci hvězd)[12],

• hvězdy a jejich evoluce (včetně magnetické aktivity, evoluce již zmíněné populace a prostředí),

• formace a evoluce kompaktních objektů (kompaktní objekty v astrofyzice označují pozůstatky hvězd, jako jsou bílí trpaslíci, neuronové hvězdy nebo černé díry)[13],

• studium galaxií a jejich evolucí,

• multi-messenger astronomie a astrofyzika,

• studium planetárních systémů,

• formace planet a hvězd,

• ale výzkum v oblasti astroinformatiky může přinést i nové teorie a hypotézy z oblasti kosmologie a fundamentálních fyzikálních zákonů.

Jako ideu k zamyšlení na závěr tohoto podcastu bych chtěla zauvažovat nad raketovou vědou a vesmírným výzkumem. V budoucnosti, pro kterou máme plány na budování kolonií na Měsíci a Marsu, není tak obtížné si představit, že budeme potřebovat efektivní a spolehlivé komunikační médium, můžeme však také uvažovat o udržování komunikačního kanálu mezi bezposádkovými přístroji (jako jsou sondy) a vědci na Zemi. V takovém výzkumu se můžeme navracet k prvním informačním vědcům, Claudeu Shannonovi a Matematické teorii komunikace,[14] s cílem řešit efektivitu komunikace a možné informační šumy a zkreslení při meziplanetární komunikaci.

[1] Astroinformatics. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Astroinformatics

[2] Více informací o geoinformatice: https://cs.wikipedia.org/wiki/Geoinformatika

[3] Astroinformatics. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Astroinformatics

[4] BORNE., Kirk D.. Astroinformatics: A 21st Century Approach to Astronomy [online]. arXiv, 2009 [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: doi:10.48550/arXiv.0909.3892

[5] Tamtéž.

[6] Tamtéž.

[7] Tamtéž.

[8] NAROCK, Tom a Melissa H. CRAGIN. Earth and space science informatics infrastructure. Earth Science Informatics [online]. 2010, 3, 1-3 [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: doi:10.1007/s12145-009-0041-8

[9] SIEMIGINOWSKA, Aneta, Michael KUHN, Matthew GRAHAM, Ashish A. MAHABAL, Stephen R. TAYLOR. The Next Decade of Astroinformatics and Astrostatistics. In: Astro2020 Science White Paper (Unpublished) [online]. 2019 [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://authors.library.caltech.edu/99921/

[10] Astroinformatics. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Astroinformatics

[11] SIEMIGINOWSKA, Aneta, Michael KUHN, Matthew GRAHAM, Ashish A. MAHABAL, Stephen R. TAYLOR. The Next Decade of Astroinformatics and Astrostatistics. In: Astro2020 Science White Paper (Unpublished) [online]. 2019 [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://authors.library.caltech.edu/99921/

[12] Stellar population. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_population#Population_I_stars

[13] Compact objects. College of Liberal Arts & Sciences: Department of Astronomy [online]. UNIVERSITY OF ILLINOIS URBANA-CHAMPAIGN [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://astro.illinois.edu/research/areas/compact-objects

[14] C. E., Shannon. A Mathematical Theory of Communication. The Bell System Technical Journal [online]. 1948, 27, 379–423, 623–656 [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://people.math.harvard.edu/~ctm/home/text/others/shannon/entropy/entropy.pdf

ZDROJE:

1. Astroinformatics. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Astroinformatics

2. BORNE., Kirk D.. Astroinformatics: A 21st Century Approach to Astronomy [online]. arXiv, 2009 [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: doi:10.48550/arXiv.0909.3892

3. C. E., Shannon. A Mathematical Theory of Communication. The Bell System Technical Journal [online]. 1948, 27, 379–423, 623–656 [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://people.math.harvard.edu/~ctm/home/text/others/shannon/entropy/entropy.pdf

4. Compact objects. College of Liberal Arts & Sciences: Department of Astronomy [online]. UNIVERSITY OF ILLINOIS URBANA-CHAMPAIGN [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://astro.illinois.edu/research/areas/compact-objects

5. NAROCK, Tom a Melissa H. CRAGIN. Earth and space science informatics infrastructure. Earth Science Informatics [online]. 2010, 3, 1-3 [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: doi:10.1007/s12145-009-0041-8

6. SIEMIGINOWSKA, Aneta, Michael KUHN, Matthew GRAHAM, Ashish A. MAHABAL, Stephen R. TAYLOR. The Next Decade of Astroinformatics and Astrostatistics. In: Astro2020 Science White Paper (Unpublished) [online]. 2019 [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://authors.library.caltech.edu/99921/

7. Stellar population. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2022-11-02]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_population#Population_I_stars