Bliv amatørforsker - 💡 Fix My Ideas

Bliv amatørforsker

Bliv amatørforsker


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

En redaktionel i en førende videnskabsjournal en gang proklamerede en ende på amatørvidenskab: "Moderne videnskab kan ikke længere gøres af begavede amatører med et forstørrelsesglas, kobberledninger og krukker fyldt med alkohol." Jeg grinede, da jeg læste disse ord. For da er der nu en 10x forstørrelsesmaskine i min lomme, spole af kobbertråd på min arbejdsbord og en nærliggende krukke metanol til rengøring af ultraviolette filtre i min hjemmelavede sol ultraviolette og ozon spektroradiometre. Ja, moderne videnskab bruger betydeligt mere sofistikerede metoder og instrumenter end tidligere. Og det gør vi også amatører. Når vi ikke har råd til det nyeste videnskabelige instrument, venter vi på at købe det på overskudsmarkedet, eller vi bygger vores egne. Nogle gange kan vores hjemmelavede instrumenters evner konkurrere eller endda overstige deres professionelle modparter.

Så begyndte et essay om amatørvidenskab. Jeg blev bedt om at skrive for Science (april 1999, bit.ly/cTuHap), en af ​​verdens førende videnskabelige tidsskrifter. Ironisk nok kom citatet i første sætning fra et redaktionelt, der tidligere var blevet offentliggjort i Science.

I de 11 år siden min opgave optrådte i videnskab, har amatørforskere fortsat gjort hvad de har gjort i århundreder. De har opdaget betydelige dinosaurfossiler, fundet nye arter af planter og identificeret mange nye kometer og asteroider. Deres opdagelser er blevet offentliggjort i videnskabelige tidsskrifter og bøger. Tusindvis af hjemmesider beskriver et enormt udvalg af amatørvidenskabstips, projekter, aktiviteter og opdagelser. Ralph Coppola har opført mange af disse websteder i "Wanderings", hans månedlige kolonne i Citizen Scientist (sas.org/tcs).

Dagens amatørforskere har adgang til sofistikerede komponenter, instrumenter, computere og software, der ikke engang kunne forestilles tilbage i 1962, da jeg byggede min første computer, en primitiv analog enhed, der kunne oversætte 20 ord russisk til engelsk ved hjælp af en hukommelse sammensat af 20 trimmer modstande (bit.ly/atF5VL).

Komponenter som multiwavelength LED'er og laserdioder kan bruges til at lave spektroradiometre og instrumenter, som måler lysets transmission gennem atmosfæren. Billeder produceret af digitale video- og stillbilleder kan analyseres med gratis software som ImageJ for at studere den naturlige verden på måder, der ikke engang var forestillet for et par årtier siden. Amatør astronomer kan montere overkommelige digitale kameraer på deres teleskoper, som derefter scanner himlen under computerstyring.

Kameraer, mikroskoper, teleskoper og mange andre præassemblede produkter kan ændres eller på anden måde hackes til at levere specialiserede videnskabelige instrumenter. For eksempel er digitalkamera sensorer meget følsomme for de næsten infrarøde bølgelængder ud over grænserne for menneskelig vision fra omkring 800 nm til 900 nm. IR-blokeringsfiltre placeret over kamerasensorer blokere nær-IR'en, så at billedbilleder afbilder billeder som de ville ses af det menneskelige øje. Fjernelse af nær-IR-filteret giver et kamera, der kan registrere de usynlige bølgelængder, der afspejles så godt af sunde blade.

Mange af de beslutningstagere, der offentliggør deres projekter på siderne MAKE, Nuts and Volts, og på internettet har de tekniske færdigheder og ressourcer til at udforme videnskabelige værktøjer og instrumenter langt mere avancerede end hvad min generation af amatørforskere har designet. De har også evnen til at bruge disse værktøjer til at starte deres egne videnskabelige målinger, undersøgelser og undersøgelser. Således har de potentiale til at blive pionerer for den næste generation af seriøse amatørforskere.

Tidligere afdrag i denne kolonne har afdækkede fremgangsmåder for at komme ind i verden af ​​amatørvidenskab, og fremtidige kolonner vil præsentere mere. For nu vil jeg afslutte denne rate med en kort redegørelse for, hvordan jeg begyndte at gøre en seriøs amatørvidenskab, så du kan se, hvordan et relativt grundlæggende sæt observationer af atmosfæren har varet over 20 år og med held vil fortsætte med en anden 20 år.

Case Study: 20 års overvågning af ozonlaget

I maj 1988 læste jeg, at den amerikanske regering planlagde at afslutte et UV-stråleovervågningsprogram på grund af problemer med instrumenterne. Inden for et par måneder begyndte jeg dagligt UVB overvågning ved hjælp af et hjemmelavet radiometer. Radometeret anvendte et billigt op-amp integreret kredsløb for at forstærke strømmen produceret af en UV-følsom fotodiode.Et interferensfilter passerede kun UVB bølgelængder fra ca. 300 nm til 310 nm, mens blokering af de synlige bølgelængder.

Jeg beskrev, hvordan man fremstiller to versioner af UVB radiometer i kolonnen "Amateur Scientist" i August 1990 Scientific American. Denne artikel beskrev også, hvordan radiometeret registrerede betydelige reduktioner i sol UVB, da tyk røg fra skovbrande på Yellowstone National Park drev over mit sted i South Texas i september 1988.

Ozon absorberer UV stærkt, og mængden af ​​ozon i en søjle gennem hele atmosfæren kan bestemmes ved at sammenligne mængden af ​​UV ved to tætte afstands-UV-bølgelængder. Dette er muligt, fordi kortere bølgelængder absorberes mere end længere bølgelængder.

Dette betød, at min simple UVB radiometer dannede halvdelen af ​​en ozonskærm. Så jeg byggede to radiometre inde i en sag omkring halvdelen af ​​en paperback-bogs størrelse. Et radiometer fotodiode blev udstyret med et filter, der målte UVB ved 300 nm, og det andet var udstyret med et 305 nm filter. Jeg hedder instrumentet "TOPS" for Total Ozone Portable Spectrometer. (Fuld detaljer er på bit.ly/9JOth9.)

TOPS blev kalibreret mod ozonniveauet overvåget af NASAs Nimbus-7-satellit. Dette gav en empirisk algoritme, der tillod TOPS at måle ozonlaget til inden for ca. 1% af mængden målt af satellitten. I 1990 blev ozonaflæsninger af TOPS og Nimbus-7 aftalt nøje. Men i 1992 begyndte de to sæt data at afvige, så TOPS viste flere procent flere ozon end satellitten.

Da jeg meddelte ozonforskerne på NASAs Goddard Space Flight Center (GSFC) om uoverensstemmelsen, mindede de mig høfligt om, at satellitinstrumentet var en del af et større videnskabeligt program og ikke et hjemmelavet instrument. Jeg svarede, at jeg havde bygget en anden TOPS, og begge viste en lignende forskel, men det overbeviste dem ikke.

I august 1992 besøgte jeg Hawaii's Mauna Loa Observatory for første gang at kalibrere mine instrumenter på det uberørte sted 11.200 fod over Stillehavet. Verdensstandard-ozoninstrumentet blev også kalibreret der, og det angav en forskel i ozonmålinger foretaget af Nimbus-7, der lignede det, jeg havde set.

Til sidst meddelte NASA, at der faktisk var en drift i kalibreringen af ​​dets satellit-ozoninstrument. Et papir, jeg skrev om dette, udgjorde min karriere som en seriøs amatørforsker, da den blev offentliggjort i Nature, en anden førende videnskabsjournal ("Satellite Ozone Monitoring Error", side 505, 11. februar 1993). Senere inviterede GSFC mig til at afholde et seminar om mine atmosfæriske målinger, som de hedder "Doing Earth Science on a Shoestring Budget." Denne tale førte til to GSFC-sponsorerede ture til at studere den røgfyldte atmosfære over Brasilien i det lands årlige brændsæson og flere ture til store skovbrande i vestlige amerikanske stater.

Går videre

De regelmæssige ozonmålinger, jeg begyndte den 4. februar 1990, har været i gang i dag sammen med målinger foretaget af forskellige hjemmelavede instrumenter i vanddamplaget, dråbe, UVB og andre parametre. I fremtidige kolonner vil vi undersøge, hvordan du også kan foretage sådanne målinger - og muligvis selv lave opdagelser.



Du Kan Være Interesseret

Bre Pettis @ OHS: "Udfordringer for Open Source Consumer Products"

Bre Pettis @ OHS: "Udfordringer for Open Source Consumer Products"


Interview: Miss Cross Stitch

Interview: Miss Cross Stitch


Hør jer, hør jer: Borgmester Bloombergs "Maker Week" Proklamation

Hør jer, hør jer: Borgmester Bloombergs "Maker Week" Proklamation


Maker Faire New York: DJ Shakey Interview

Maker Faire New York: DJ Shakey Interview






Seneste Indlæg