分享一下我的硕士学位论文

这里分享一下我的硕士学位论文,考虑到现在应该没有什么版权问题了。
我硕士做的工作主要是对河外星系中亚毫米波段水分子气体的转动跃迁谱线的观测和分析。

感兴趣的同学可以下载下来看看。

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写的不咋样,很仓促,内容也不够充实。不过,希望它能够对你有一点点的启发。

Notes on PdBI/IRAM data reduction – I. Get Data Ready

This is a personal note about PdBI/IRAM spectral data reduction. The steps will start from transferring the raw data to the local hard-drive, organising raw data, calibration with \tt{CLIC/GILDAS} to the further data reduction with \tt{MAPPING/GILDAS} procedure. The final stage will be mapping and acquire the spectra. If you have any questions or comments, please feeling free to contact me.

PART I: Get Data Ready (Get proj, etc.)

Now, let’s take a high-z observation project for example. Assuming we have observed a molecular line of a high-z galaxy in 2012. So our project name (starting from 2014, a new proposal system called PMS took over the old one, the project naming system has also been changed) would be:

W0B4

W is 2012, V is for 2011 and X is for 2013, etc. I guess there’s a loop of the letters starts from a certain date; 0 is for the target index in this proposal, it could be WAB4, WBB4 and WCB4, …; B4 is the project index, 16th, hexadecimal.
And also we have an observation project name containing the data information, and it could be:

XC12

Just as the proposed project code X represents the year “2013”, C stands for December, the hexadecimal form of the month; 12: the date 12th.
Thus the raw data file of one observation will be like this:

XC12WAB4.IPB, XC12WAB4.OBS, XC12WAB4.RDI

for the source, WAB4 observed on Dec 12th, 2013. IPB file contains the data scan by scan, and OBS & RDI files store the observation parameters.

Now we need to download the data from IRAM data centre to the computers that we perform data reduction (usually at IRAM-HQ) by using:

getproj -p w0b4 -s wab4

The data (subproject wab4 from project w0b4) will be downloaded to the “~/tmp/DATA” directory (actually, it’s a link to the “/scratch/DATA” directory).
You will need to create several directories for data calibration. Usually, they will be generated automatically after getting the project, the calibration directory is under ~/calib, such as

$HOME/calib/w0b4/wab4
$HOME/calib/w0b4/wbb4
...

And also there is a ~/reports directory containing some very useful notes from DoA for performing better calibration, and a ~/map for storing the results from your further data analysis.
After all, these get ready, you can now move on to the data calibration.

寻找时间旅行者

(原文刊载于2014年3月的《天文爱好者》)

      时间旅行是个迷人的词语,每当我们谈到时间旅行时,脑海中总会浮现出各种浪漫的遐想。且如今,时间旅行这个概念已融入在我们所阅读的小说以及各类影视作品当中:从当下如洪水一般充斥荧屏的宫廷穿越剧,到好莱坞的各类科幻大片;从耳熟能详的英国著名科幻小说家威尔斯的《时间机器》,到曾经在中国红极一时的武侠穿越小说《寻秦记》等等。“时间旅行”已经成为了一个独立的文学和影视作品题材,并且还在渐渐发展出自己独有的一套逻辑体系构架。

      不管怎样,当我们谈论“时间旅行”的时候,实际上我们在谈论两种类型的时间穿梭:“前往未来”和“回到过去”。

      对于“前往未来”的可能性,现在科学家主要将希望寄托于人体冷冻这项技术上。人体可以通过类似“冬眠”的方式,通过冷冻技术被保存很长一段时间,到了需要的时候再被唤醒。当“冬眠”的人醒来时,虽然实际时间可能过去了很久,但其身体并不会有很大程度的衰老,换句话说,被冷冻的人跟冷冻前相比变化并不大,可实际上,他已经跨越了漫长的岁月。这就是利用人体冷冻来实现前往未来的时间旅行方法,同时这也是目前最有希望实现的方法之一。但目前科学家们在研究这种方法的时候也遇到了重重困难,比如:人体中的水分子在低温下的结晶作用会破坏人体细胞结构;人体很多细胞对温度极其敏感,如果温度很低它们会很快死亡。另外,如何将冷冻的人体唤醒也是一个巨大的技术难题。尽管如此,科幻小说家对这项技术的热情依旧,从《2001太空漫游》到《三体》系列,作品中的人类都在长途的星际旅行中都用到了该项技术。

      而今天我们主要探讨第二种时间旅行,也就是“回到过去”。

      关于通过时间旅行回到过去的讨论已经有很多,有人从逻辑学的角度利用“祖父悖论”否定或者重新构造时间旅行的理论构架,有人则通过理论物理的角度利用广义相对论讨论了时间旅行的可能性,发展出了利用虫洞(worm whole)之类的技术实现时间旅行的方法。

      但在这里,让我们暂时忘记那些复杂的理论,思考一个简单的问题:如果存在时间旅行者,那么他们是不是会留下一些蛛丝马迹?在网络如此发达的时代,他们会不会在网络上留下他们存在过的证据,在不经意间泄露了天机,不小心说出了未来才会发生的事情?

      来自密歇根理工大学物理系的罗伯特教授(Robert J. Nemiroff)和他的研究生特拉萨(Teresa Wilson)就在思考这样的问题(原文请参见arXiv: 1312.7128)。他们认为,如果存在时间旅行者,那么他们很可能会在网络上留下蛛丝马迹——在网络上泄露一些来自未来的信息。也就是说,这些时间旅行者很可能会有意无意地在网络上留下一些本该只有在某些事件发生之后才会出现的信息。简而言之,就是能够“预知未来”。

      于是,密歇根理工大学的罗伯特和特拉萨基于上面的原理设想了三个不同的巧妙方法,通过网络来追踪时间旅行者的蛛丝马迹:第一种方法是通过传统的社交媒体,比如facebook和twitter(类似中国的人人网和新浪微博),利用这些网站的搜索功能,搜索特定的关键词,看它们是不是在其对应的事件发生之前出现了;第二个方法是通过对搜索引擎(比如谷歌、百度、必应等等)搜索历史记录的检索,寻找出出现在某个事件发生之前与之相关的关键词检索事件(但因为技术的限制,在实际过程中他们只用了一个天文网站的检索历史数据);第三种方法是通过查找电子邮件和一些网络通信(比如QQ聊天记录)的数据,来检测是否在存在一些“预知未来”的信息。

      在进行分析之前,他们先要选择合适的关键词,因为在上述的三个方法里都需要对关键词进行检索,这些关键词必须是在发生了某些事件之后才会出现的。举个例子,如果你选择#“Barack Obama”#(贝拉克·奥巴马)作为关键词,此时你将这个关键词被搜索的次数随时间的变化画出来,如图1(a),你会发现在奥巴马参与竞选总统之前,这个关键词也被搜索过,因此你无法通过这个词条来找出时间旅行者。所以,你要检索的关键词必须是在有了因特网之后所发生过的独一无二的事件。

      在这篇文章里,由于他们的研究能力有限,所以他们只选择了两个关键词:“Comet ISON”(ISON彗星)和“Pope Francis”(方济各教皇)。前者是ISON彗星,这颗彗星于2012年9月21日被白俄罗斯维捷布斯克的维塔利•涅夫斯基和俄罗斯孔多波加的阿尔乔姆•诺微切诺克发现(可参看维基百科,“ISON彗星”词条)。因此如果在2012年9月21日之前出现了关键词为“Comet ISON”的信息,那么可以肯定,这个信息应该是时间旅行者留下来的。可以在图1(b)中看出,“Comet ISON”这个词条确实是只出现在2012年之后,在其之前并没有任何记录。第二个关键词是在2013年12月11日当选的方济各教皇,他是历史上唯一一个叫“Francis”的教皇,因此具有独特性。同理,如果在2013年12月11日之前因特网上出现了相关的信息,那么可以判定时间旅行者存在。

关键词“Barack Obama”和“Comet ISON”被检索的次数(纵轴)随着时间(横轴)的变化,图片由Google Trend提供。

图1(a,b). 关键词“Barack Obama”和“Comet ISON”被检索的次数(纵轴)随着时间(横轴)的变化,图片由Google Trend提供。

     这两位研究者利用前面描述的三种方法对这两个关键词进行了检索,然而令人失望的是,他们并没有找到任何时间旅行者存在的证据。这对于科幻小说家和好莱坞来说可不是个好消息,但是这并不意味着网络上绝对不存在时间旅行者留下的“足迹”。实际上这项研究的意义在于它给我们探索时间旅行者存在与否提供了绝好的方法。这两位研究者在进行检索时只用了两个关键词,然而现实中还有很多很多的适合检索的关键词。除此之外,类似于Google这样的公司拥有海量的检索历史数据,相信他们在看到这项研究的潜力之后,也会利用自己的数据做类似的分析。他们可以挑选出成千上万个标志独有事件的关键词,并绘制出这些关键词检索次数随着时间的变化,类似于图3给出的曲线,如果他们发现在曲线开始增长之前,检索数量有个小小的“突起”,那么就可以判断时间旅行者的存在。

     然而,如果时间旅行者真的是像论文中提到的,会刻意隐藏自己身份的话,那么我们永远不可能找到他们。在不考虑所谓的“平行宇宙”之类理论的前提下,如果我们发现了“时间旅行者”,那么他们一定会在未来知道自己被发现了,然后他们会回到过去,小心翼翼地擦除自己存在过的证据。所以说,对于这种类型的时间旅行者,或许我们将永远不可能找到他们存在的证据。

几日随感

恍惚间五天就过去了。这已是第三次来巴黎,距离去年第一次来这里差不多快有一年的间隔。第三次来感觉会有很大的不同,丢失的一部分新鲜感,还有些许对家乡的眷恋,当然也会有对巴黎更深刻的认知。

     最近一直觉得自己非常倒霉,可仔细想想,或许是前两次来巴黎都太顺了,签证、机票等等,而这次险些遭遇拒签,在二次递签之后才拿到了一次入境。与前两次不同,这次导师也在巴黎,到了之后前两天三个导师聚在一起商讨着未来的各种规划和眼下一些继续完成的事情。然后就去Alain家里吃饭。这是我第三次去他家吃饭。前两次来巴黎,也都去过他们家吃饭。第一次是我和Alex到他们家,还遇到另外一个做天文的研究员(忘记他是哪个国家的了,但现在美国工作)。第二次是我跟IAP的两个年轻研究员(夫妇)。每次吃饭我都显得很拘谨,有时候他们用法语交谈更是让我不知所措。不过,为了照顾我这个年轻人,他们也会把话题中心转移到我这里。这次也不例外,三位导师(包括Alain)聚餐,大家讨论的热火朝天,我却在一旁不敢发言。这大概是我的性格使然吧,上不了席那种,心里憋了很多话,却只能吐出个一两句,然后一紧张,变成了半句话,细细碎碎的吐出。聚餐期间有个细节打动了我。导师为了让我多说话,很多次将话题转给我,有一次说到了父母的工作,然后大家还在热火朝天的讨论,我刚要发出的声音俨然淹没其间,此时Alain大声发出“嘘”声,让大家安静,然后将焦点转向我,听我说话。虽然这一度让我开始有些不知所措,然而我发自内心的感动,觉得自己“被重视着”。就是这样一个小小的举动,让我内心很温暖。

     然后我想到,能够跟着Alain做科研是件很幸运的事情。在巴黎的日子里,几乎每个工作日都会询问我的工作进度,每天都会指导我下一步的工作。有时候也会跟我聊天。想起去年年初刚来这里的时候,我到的第二天,他带我在IAP附近转,然后给我讲述Bd Arago, Rue Saint Jacques等名字的来由,其中的历史故事等等。在巴黎天文台吃饭的时候还把我一一介绍给他熟悉的天文学家。让我这个时常觉得“自己很渺小”的自卑者无比感动。会议报告也给我打广告,做poster时将我的名字大大的写在上面。前天看到自己的名字被加到最新的ALMA proposal里,心里觉得很荣幸,虽然是co-I,但对我来说,是意义很大的第一步。接着便又会想起来,在第一次聚餐的时候,Alain提起中国的(亚)毫米波天文学,南极天文的未来,然后充满希望的说着我的名字。我心里一边说着万分个“不敢当”,一边又在暗自骄傲。

     一直认为最近的倒霉是有原因的。正如上一篇博客写得一样“想想当下的浑浑噩噩,当下的无所事事,当下的猪狗不如,这些是必然还是偶然?” 身处在IAU办公室楼下的我,身处在拥有那么多杰出天文学家(天体物理学家)所在地的我,却觉得这句话是那样的苍白无力。有时候自己会想得太多,以至于让“想法迷雾”遮蔽天日,弄得我无法辨别南北东西。当年埋在内心深处的那颗种子的确是实实在在的。不管怎样,我都不能浪费现在拥有的这些宝贵的东西。莫让自己产生的虚弥环境成为了自己的桎梏。