Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Stát se amatérským vědcem

Redakce v předním vědeckém časopise jednou prohlásila konec amatérské vědy: „Moderní věda již nemůže být prováděna nadanými amatéry s lupou, měděnými dráty a sklenicemi naplněnými alkoholem.“ Když jsem četla tato slova, zazubila jsem se. V té chvíli je v kapse 10x zvětšovací lupa, cívky měděného drátu na mém pracovním stole a blízká sklenice methanolu pro čištění ultrafialových filtrů v mých domácích solárních ultrafialových a ozonových spektroradiometrech. Ano, moderní věda používá mnohem sofistikovanější metody a nástroje než v minulosti. A také my amatéři. Když si nemůžeme dovolit nejnovější vědecký nástroj, počkáme, až ho koupíme na trhu s přebytkem, nebo si vybudujeme vlastní. Někdy se schopnosti našich domácích nástrojů soupeří nebo dokonce překonávají schopnosti svých profesionálních protějšků.

Tak začal esej o amatérské vědě. Byl jsem požádán, abych napsal pro Science (duben 1999, bit.ly/cTuHap), jeden z předních světových vědeckých časopisů. Je ironií, že citace v první větě pochází z redakce, která byla dříve publikována ve Science.

V jedenácti letech, kdy se moje esej objevila ve vědě, amatérští vědci pokračovali v tom, co dělali po staletí. Objevili významné fosílie dinosaurů, našli nové druhy rostlin a identifikovali mnoho nových komet a asteroidů. Jejich objevy byly publikovány ve vědeckých časopisech a knihách. Tisíce internetových stránek podrobně popisují obrovské množství amatérských vědeckých tipů, projektů, aktivit a objevů. Ralph Coppola uvedl mnoho z těchto stránek v "Wanderings", jeho měsíčním sloupci v The Citizen Scientist (sas.org/tcs).

Dnešní amatérští vědci mají přístup k sofistikovaným komponentám, nástrojům, počítačům a softwaru, který si ani v roce 1962 nedokázal představit, když jsem postavil svůj první počítač, primitivní analogové zařízení, které by pomocí paměti dokázalo přeložit 20 slov ruštiny do angličtiny. složený z 20 rezistorů (bit.ly/atF5VL).

Komponenty jako LED diody s více vlnovými délkami a laserové diody mohou být použity pro výrobu spektroradiometrů a přístrojů, které měří přenos světla atmosférou. Snímky vytvořené digitálním videem a statickými fotoaparáty lze analyzovat pomocí svobodného softwaru, jakým je například ImageJ, a studovat přírodní svět způsobem, který si ani před pár desítkami let ani nepředstavoval. Amatérští astronomové mohou na své teleskopy namontovat dostupné digitální fotoaparáty, které pak pod kontrolou počítače skenují nebe.

Kamery, mikroskopy, dalekohledy a mnoho dalších předmontovaných výrobků mohou být upraveny nebo jinak napadeny, aby poskytly specializované vědecké přístroje. Například senzory digitálních fotoaparátů jsou vysoce citlivé na vlnové délky blízké infračervenému záření za hranicemi lidského vidění od přibližně 800 nm do 900 nm. IR-blokující filtry umístěné nad kamerovými senzory blokují blízko-IR, takže fotografie zobrazují obrázky, jak je vidí lidské oko. Odstranění filtru s blízkým infračerveným zářením poskytuje kameru, která dokáže zaznamenat neviditelné vlnové délky, které se tak dobře projeví zdravými listy.

Mnozí tvůrci, kteří zveřejňují své projekty na stránkách MAKE, Nuts a Volts, a na celém webu mají technické dovednosti a zdroje k tomu, aby navrhli vědecké nástroje a nástroje mnohem pokročilejší než cokoli, co navrhla moje generace amatérských vědců. Oni také mají schopnost používat tyto nástroje začít jejich vlastní vědecká měření, studia a průzkumy. Mají tak potenciál stát se průkopníky příští generace vážných amatérských vědců.

Předchozí splátky tohoto sloupce pokrývaly přístupy pro vstup do světa amatérské vědy a další sloupce budou prezentovány více. Prozatím tuto částku zakončím stručným popisem toho, jak jsem začal dělat seriózní amatérskou vědu, takže můžete vidět, jak relativně základní soubor pozorování atmosféry trval déle než 20 let a s trochou štěstí bude pokračovat i další. 20 let.

Případová studie: 20 let monitorování ozonové vrstvy

V květnu 1988 jsem četl, že vláda USA plánuje ukončit program monitorování slunečního záření ultrafialovým zářením B kvůli problémům s nástroji. Během několika měsíců jsem začal denní monitoring UVB pomocí domácího radiometru. Rádiometr používal levný operační zesilovač pro zesílení proudu produkovaného fotodiodou citlivou na UV záření.Interferenční filtr prošel pouze UVB vlnovými délkami od přibližně 300 nm do 310 nm, přičemž blokoval viditelné vlnové délky.

Popsal jsem, jak udělat dvě verze UVB radiometru ve sloupci „The Amateur Scientist“ v srpnu 1990 Scientific American. Tento článek také popsal, jak radiometr detekoval významné snížení slunečního UVB, když hustý kouř z lesních požárů v Yellowstonském národním parku v září 1988 přeletěl přes mé místo v Jižním Texasu.

Ozon silně absorbuje UV záření a množství ozonu v koloně přes celou vrstvu atmosféry může být určeno porovnáním množství UV záření ve dvou vlnových délkách, které jsou od sebe vzdáleny. To je možné, protože kratší vlnové délky jsou absorbovány více než delší vlnové délky.

To znamená, že můj jednoduchý UVB radiometr tvořil polovinu ozonového monitoru. Tak jsem postavil dva radiometry uvnitř pouzdra o poloviční velikosti brožované knihy. Jedna fotodioda radiometru byla vybavena filtrem, který měřil UVB při 300 nm a druhý byl vybaven 305nm filtrem. Pomůcku „TOPS“ jsem pojmenoval pro Total Ozone Portable Spectrometer. (Úplné podrobnosti jsou na bit.ly/9JOth9.)

TOPS byl kalibrován proti hladinám ozónu sledovaným satelitem NASA Nimbus-7. Toto poskytlo empirický algoritmus, který dovolil TOPS měřit ozónovou vrstvu k uvnitř asi 1% množství měřeného satelitem. Během roku 1990 se údaje o ozónu ze strany TOPS a Nimbus-7 úzce shodly. V roce 1992 se však obě sady dat začaly rozcházet, takže TOPS vykazoval o několik procent více ozonu než satelit.

Když jsem informoval vědce z ozonu z Goddardova vesmírného letového centra NASA (GSFC) o tomto rozporu, zdvořile mi připomněli, že satelitní přístroj je součástí významného vědeckého programu a ne domácího nástroje. Odpověděl jsem, že jsem postavil druhý TOPS a oba ukázali podobný rozdíl, ale to je nepřesvědčilo.

Během srpna 1992 jsem poprvé navštívil hawaijskou observatoř Mauna Loa, abych kalibroval své přístroje na nedotčené lokalitě o 11 200 stop nad Tichým oceánem. Tam byl také kalibrován ozonový přístroj světového standardu, který ukázal rozdíl v měření ozónu provedeném Nimbusem-7, který byl podobný tomu, co jsem pozoroval.

Nakonec NASA oznámila, že v kalibraci svého satelitního ozonového nástroje skutečně došlo k posunu. Papír, který jsem o tom napsal, vyvolal mou kariéru jako seriózní amatérský vědec, když byl publikován v Nature, dalším předním vědeckém časopise („Satelit Ozone Monitoring Error“, strana 505, 11. února 1993). Později mě GSFC pozval, abych se zúčastnil semináře o mém atmosférickém měření, které nazvali „Vědy o Zemi na rozpočování šňůrek.“ Tohle jednání vedlo ke dvěma výletům sponzorovaným GSFC za účelem studia kouřové atmosféry nad Brazílií během roční hořící sezóny této země a několika výlety do velkých lesních požárů v západních státech USA.

Dále

Pravidelná měření ozónu, která jsem začala 4. února 1990, pokračovala dodnes spolu s měřeními provedenými různými domácími nástroji vrstvy vodní páry, oparu, UVB a dalších parametrů. V budoucích sloupcích se budeme zabývat tím, jak můžete také provádět taková měření - a možná i vlastní objevy.

Podíl

Zanechat Komentář