近期，国家天文科学数据中心成功助力专业-业余合作（Pro-Am）发现超新星SN 2023ixf，该成果成为利用天文科学数据展开专业-业余合作的又一新典范。
2023年5月20日凌晨1时27分许（除特别说明外，本文均为北京时间），日本天文爱好者板垣公一在M101风车星系东南部发现一颗超新星候选体。5个小时后，位于西班牙拉帕尔玛岛的利物浦望远镜对该目标进行了光谱观测，证认这是一颗II型超新星，处于爆发后的早期阶段。随后，世界各地的天文学家和天文爱好者纷纷响应，为相关研究提供了非常丰富的早期数据。
图1 8.1米口径的双子北望远镜拍摄的SN 2023ixf（左方最亮的蓝白色天体）。图像来源：International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA
M101是与地球距离较近的大型河外星系之一，亮度足够、视面积较大，是许多天文爱好者经常拍摄的热门深空天体之一，因此在得到SN 2023ixf爆发的消息后，星明天文台（我国第一个进行巡天观测的业余天文台，致力于各类天体的发现与观测）核心成员孙国佑、赵经远、张宓、周文杰、高兴迅速动员，从全国多位爱好者中收集到了丰富的早期数据。在对这些数据进行初步分析后，星明团队发布了2023年第130号天文简报（AstroNote 2023-130），将拍摄到SN 2023ixf的时间初步限制在2023年5月19日3时30分至4时30分之间。
图2 AstroNote 2023-130截图，图中时间为世界时
在征得各位同好的同意后，星明团队将所有数据转交给清华大学物理系王晓锋教授带领的清华时域天文研究组，供他们进一步研究。2023年12月14日0时整，一篇题为《从一颗周围充满尘埃的红超巨星爆发出的激波闪光》（A shock flash breaking out of a dusty red supergiant）的论文在线发表在《自然》（Nature）上，王晓锋教授为本文的通讯作者，清华大学物理系博士生李盖茨为第一作者，中科院紫金山天文台博士后胡茂凯、中国科学院国家天文台博士后李文雄、美国加州大学伯克利分校博士后杨轶为论文共同第一作者。
图3 Nature论文截图，图中时间为世界时。作者名单中用红线标出的均为国内天文爱好者，中文名依次为：毛益明、高兴、孙国佑、蔡光耀、周文杰、赵经远、陈瑾、郑欣、李柯颖、张宓、徐士军、吕晓冬
该研究使用了国内外多台望远镜获得的数据，时段覆盖板垣公一发现前后，贡献了这些数据的个人和团队均被列为共同作者。通过分析收集到的数据，这项研究推得了爆炸发生的精确时刻——北京时间2023年5月19日2时54分43.2秒（误差：+28分48秒，-1小时12分）。在爆炸后约1小时，就由位于俄罗斯的13厘米牛顿反射式望远镜拍摄到了SN 2023ixf的激波突破，使得SN 2023ixf成为目前观测到的最早期的II型超新星。这篇论文从部分业余级望远镜获得的数据中提取了SN 2023ixf爆发早期的多波段星等（爆发后约1.4小时，位于中国新疆的10.7厘米折射式望远镜获得了最早的多波段数据），首次揭示了超新星在爆发早期颜色由红转蓝的过程，该研究显著推进了人们对大质量恒星晚期演化和死亡这一宇宙中普遍而神秘景象的认知。
图4 左上：艺术家构建的超新星SN 2023ixf爆发瞬间的激波突破艺术想象图（由北京天文馆喻京川绘制）；右上：超新星SN 2023ixf 的宿主星系M101部分图像（来自哈勃空间望远镜），其中白色方框指示下方小图在M101中的位置。下方a-d子图：由爱好者获得的SN 2023ixf爆发早期彩色图像，显示了超新星爆发后亮度和颜色的快速演化，红圈显示超新星的位置
这篇论文中，发现前的数据几乎全部由天文爱好者提供，他们使用了分布在中国、挪威、西班牙、俄罗斯、美国的9台业余级望远镜。其中国内4份业余数据：星明天文台60厘米宁波市教育局-新疆天文台望远镜（NEXT）数据（星明天文台大部分观测数据均已归档至国家天文科学数据中心并开放共享），中国科学院国家天文台硕士生毛益明10.7厘米折射式望远镜观测获得的多波段数据，蔡光耀同好13厘米折射式望远镜观测数据和陈瑾同好10厘米折射式望远镜观测数据。
图5 论文截图：发现前的数据几乎全部由天文爱好者使用业余级望远镜获得
值得注意的是，以上提到的望远镜口径大多比较小，最小的仅有10厘米，这表明即使是业余爱好者拥有的小型望远镜，也可以产出顶级的研究成果。这可能与大多数人的认知截然不同。
大家可能会有这样的错觉：天文学家可以使用诸如哈勃空间望远镜、500米口径球面射电望远镜这样的大型设施，获得非常丰富的观测数据，进而产出顶级的科研成果；对于科学研究来说，天文爱好者所使用的小型望远镜没有任何优势。但事实并非如此，虽然大型专业设施在某些方面确实非常强大，但它们的数量和可用时间都是非常有限的，有大批研究人员申请、竞争，观测目标和观测窗口多数是提前规划好的。因此天文学家通常很难对特定天体进行长期、大量、细致的监测，对超新星这类突发事件的响应能力也受到了一定制约。
在这一点上，天文爱好者却显示出极大的优势：他们遍布世界各地，“出摊”自由，观测点又多又广又灵活。因此天文爱好者能够与天文学家协同进行互补的观测，为合适的目标提供非常丰富的高质量观测数据，两者合力可以形成意义非凡的“梦之队”。专业与业余之间的这种互动被称为专业-业余合作（Pro-Am），国内外这种合作的例子比比皆是：星明天文台自2008年建立以来，基于星明天文台的数据，与国内外天文学家合作，已发表数十篇高质量科学论文；过去100多年，世界各地的天文爱好者对矮新星天鹅座SS进行了大量观测，如今这些数据是研究吸积盘天体物理学的宝库；2018年2月，Nature发布了一篇关于Ib型超新星SN 2016gkg的相关论文，其中最关键的早期数据全部由天文爱好者Victor Buso使用业余级望远镜获得……如今基于业余观测所产出的SN 2023ixf相关研究，则是我国专业-业余合作的又一典型案例。
图6 专业天文观测（上，图像来源：Subaru Telescope）与业余天文观测（下，图像来源：IAU）
天文学从不是曲高和寡的科学，而是人人都能参与其中，并为之作出独特贡献的科学。如果天文学的进程是一部鸿篇巨著，那么天文爱好者的贡献必将是其中璀璨的一章，它记录了一群又一群不同国别、不同身份的人，跨越知识的壁垒，突破地域和时间的束缚，克服设备的限制，为推动科学进步贡献自己的力量。据国际天文学联合会（IAU）估计，全球有100多万天文爱好者，比IAU中活跃的天文学家多两个数量级。许多天文学家也意识到了天文爱好者的力量，因此IAU在2021年4月成立了天文学专业-业余关系工作组（IAU working group for professional-amateur relations in astronomy），以进一步推动天文学家与天文爱好者之间的交流与合作。世界各地的天文爱好者和天文学家都在同一片天穹下仰望着星空，两者相辅相成、合作共赢，共同击碎人类认知的屏障，闯出现有知识的边界，回眸更久远的过去，也望向更深远的未来。
《从一颗周围充满尘埃的红超巨星爆发出的激波闪光》论文地址：
Nature官网：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06843-6
Nature SharedIt（在线阅读）：https://rdcu.be/dtwya
arXiv（预印版）：https://arxiv.org/abs/2311.14409
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