Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

アマチュア科学者になる

ある大手科学誌の社説は、かつてアマチュア科学の終焉を宣言していました。「現代科学は、虫眼鏡、銅線、アルコールを詰めた瓶で才能のあるアマチュアではもうできません」と私は笑いました。今のところ、私のポケットには10​​倍の拡大鏡があり、作業台には銅線のスプールがあり、自家製の太陽紫外線とオゾンの分光放射計の紫外線フィルターを掃除するための近くのメタノールの瓶があります。はい、現代の科学は過去よりもかなり洗練された方法と道具を使っています。そして私たちアマチュアもそうです。最新の科学機器を買う余裕がないときは、余剰市場でそれを買うのを待つか、私たち自身のものを作ります。時々私達の自家製の器械の機能は彼らの専門の同等品のそれらに匹敵するかまたはそれを超えることさえあります。

それで、私がサイエンス(1999年4月、bit.ly / cTuHap)のために書かれるように頼まれたアマチュア科学についてのエッセイを始めました。そして、それは世界をリードする科学ジャーナルの1つです。皮肉なことに、最初の文の引用は、以前にScienceに掲載されていた社説からのものです。

私のエッセイがScienceに掲載されてから11年間、アマチュアの科学者たちは何世紀にもわたって行ってきたことを続けてきました。彼らは重要な恐竜の化石を発見し、新しい種の植物を発見し、そして多くの新しい彗星と小惑星を同定しました。彼らの発見は科学雑誌や本に掲載されています。何千ものウェブサイトが、アマチュアサイエンスの秘訣、プロジェクト、活動、そして発見についての詳細を説明しています。 Ralph Coppolaは、これらのサイトの多くを、The Citizen Scientist(sas.org/tcs)の月刊コラム「Wanderings」にリストしています。

今日のアマチュア科学者たちは、1962年に私が最初のコンピューターを作ったときには想像もできなかった洗練されたコンポーネント、器具、コンピューター、そしてソフトウェアにアクセスすることができます。 20個のトリマ抵抗(bit.ly/atF5VL)で構成されています。

多波長LEDやレーザーダイオードなどの部品を使用して、大気中の光の透過率を測定する分光放射計や機器を製造することができます。デジタルビデオやスチルカメラで作成された画像は、ImageJのようなフリーソフトウェアで分析して、数十年前には想像もできなかった方法で自然界を研究することができます。アマチュア天文学者は、望遠鏡に手頃な価格のデジタルカメラを取り付けることができます。そして、それはそれからコンピュータ制御の下で天をスキャンします。

カメラ、顕微鏡、望遠鏡、および他の多くの組み立て済み製品は、特殊な科学機器を提供するために修正またはハッキングされる可能性があります。たとえば、デジタルカメラのセンサーは、人間の視覚の限界である800nmから900nmの範囲を超える近赤外波長に非常に敏感です。カメラセンサーの上に配置されたIRブロックフィルターが近IRをブロックするので、写真グラフは人間の目に見えるように画像を描きます。近赤外フィルターを取り外すと、健全な葉によって反射された目に見えない波長を記録できるカメラが得られます。

自分のプロジェクトをMAKE、Nuts、Voltsの各ページに、そしてWeb上で公開している多くのメーカーは、私の世代のアマチュア科学者が設計したものよりもはるかに高度な科学的ツールや機器を考案する技術的スキルとリソースを持っています。また、これらのツールを使用して独自の科学的測定、研究、および調査を開始することもできます。したがって、彼らは次世代の真面目なアマチュア科学者の先駆者になる可能性を秘めています。

このコラムの前回の記事では、アマチュア科学の世界に参入するためのアプローチについて説明してきましたが、今後のコラムではさらに詳しく説明します。ここでは、アマチュアサイエンスの本格的な科学を始めた経緯を説明して、今回の記事を締めくくります。これで、比較的基本的な大気観測のセットが20年以上続いたことがわかります。 20年。

ケーススタディ:オゾン層モニタリングの20年

1988年5月に、私は、米国政府が機器の問題のために太陽紫外線B放射モニタリングプログラムを終了することを計画したことを読みました。数ヶ月以内に、私は自家製の放射計を使って毎日のUVBモニタリングを始めました。放射計は、UVに敏感なフォトダイオードによって生成された電流を増幅するために安価なオペアンプ集積回路を使用しました。干渉フィルターは、可視波長をブロックしながら、約300nm〜310nmのUVB波長のみを通過させました。

私は、1990年8月のサイエンティフィックアメリカンの「アマチュア科学者」コラムで、2つのバージョンのUVB放射計の作り方を説明しました。また、この記事では、1988年9月にイエローストーン国立公園の山火事で発生した濃い煙がサウステキサス州の私の場所を漂ったときに、放射計が太陽UVBの大幅な減少を検出した方法も説明しました。

オゾンは紫外線を強く吸収し、大気層全体を通過するカラム内のオゾンの量は、2つの狭い間隔の紫外線波長での紫外線の量を比較することによって決定できます。これは、より短い波長がより長い波長よりも多く吸収されるために可能です。

これは私の簡単なUVB放射計がオゾンモニターの半分を形成したことを意味しました。だから私は文庫本の約半分のサイズのケースの中に2つの放射計を作りました。 1つの放射計のフォトダイオードに300 nmのUVBを測定するフィルタを取り付け、もう1つのフォトダイオードに305 nmのフィルタを取り付けました。私はこの装置をTotal Ozone Portable Spectrometerのために「TOPS」と名付けました。 (詳細はbit.ly/9JOth9にあります。)

TOPSは、NASAのNimbus-7衛星によって監視されたオゾンレベルに対して較正されました。これは、衛星によって測定された量の約1%以内にTOPSがオゾン層を測定することを可能にする経験的アルゴリズムを提供した。 1990年の間に、TOPSとNimbus-7によるオゾン測定値は厳密に一致しました。しかし1992年には、2つのデータセットが分岐し始めたため、TOPSは衛星よりも数パーセント多くのオゾンを示していました。

私がNASAのゴダード宇宙飛行センター(GSFC)のオゾン科学者に矛盾について通知したとき、彼らは衛星機器が主要な科学プログラムの一部であり、自家製機器ではないことを丁寧に思い出させました。私は2つ目のTOPSを作成したところ、どちらも同じような違いを示したと回答しましたが、納得できませんでした。

1992年8月、ハワイのマウナロア天文台を初めて訪れ、太平洋から11,200フィート上の原始的な場所で私の楽器を校正しました。世界標準のオゾン計器もそこで較正されていました、そしてそれは私が観察したものと類似していたNimbus-7によってなされたオゾン測定の違いを示しました。

最終的にNASAは衛星オゾン計器の校正に実際に漂流があると発表しました。私がこれについて書いた論文が、別の主要な科学誌Natureに掲載されたとき、私の真面目な素人科学者としてのキャリアを刺激しました(“ Satellite Ozone Monitoring Error”、page 505、1993年2月11日)。その後のGSFCは私の大気測定に関するセミナーを開催しました。彼らは、「地球規模の科学をすごい予算でやる」と題したセミナーを行いました。米国西部の州の主要な森林火災への旅行。

もっと遠く行く

私が1990年2月4日に始めた定期的なオゾン測定は、水蒸気層、曇り度、UVB、および他のパラメータの様々な自家製の機器によって行われた測定と共に今日まで続いています。今後のコラムでは、そのような測定を行うことができる方法を探っていきます - そしておそらく自分自身の発見をすることです。

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