نظام بيانات الفيزياء الفلكية

نظام بيانات الفيزياء الفلكية التابع لمؤسسة سميثسونيان للفيزياء الفلكية/وكالة ناسا ( ADS ) هو بوابة مكتبة رقمية للباحثين في علم الفلك والفيزياء ، يديرها مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية لصالح وكالة ناسا . يحتوي نظام ADS على ثلاث مجموعات ببليوغرافية تضم أكثر من 15 مليون سجل، بما في ذلك جميع المطبوعات الإلكترونية المنشورة على موقع arXiv . ^{[ 1 ]} تُفهرس ملخصات ونصوص كاملة لأهم منشورات علم الفلك والفيزياء، ويمكن البحث فيها عبر البوابة.

نشر يوهان فريدريش فايدلر أول تاريخ شامل لعلم الفلك في عام 1741 وأول ببليوغرافيا فلكية في عام 1755. وكان هذا جهدًا لأرشفة وتصنيف المعارف والأعمال الفلكية السابقة.

وقد واصل جيروم دي لا لاند هذا الجهد بنشره كتابه "Bibliographie astronomique" في عام 1803، وهو عمل غطى الفترة من 480 قبل الميلاد إلى عام النشر.

الببليوغرافيا العامة لعلم الفلك، المجلد الأول والمجلد الثاني ، نشرها جي سي هوزو وأ. لانكستر، وتبعها في عام 1882 حتى عام 1889. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

مع ازدياد عدد علماء الفلك والمنشورات الفلكية، أصبحت الجهود الببليوغرافية مهامًا مؤسسية، أولًا في المرصد الملكي البلجيكي ، حيث نُشرت ببليوغرافيا علم الفلك من عام 1881 إلى عام 1898، ثم في معهد الحسابات الفلكية في هايدلبرغ، حيث نُشر التقرير السنوي لعلم الفلك من عام 1899 إلى عام 1968. بعد عام 1968، تم استبدال ذلك بسلسلة كتب ملخصات علم الفلك والفيزياء الفلكية السنوية ، والتي استمرت حتى نهاية القرن العشرين.

تم تقديم أول اقتراح لإنشاء قاعدة بيانات رقمية لملخصات أوراق المجلات في مؤتمر حول علم الفلك من قواعد البيانات الكبيرة عقد في غارشينغ باي ميونيخ عام 1987. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

أُنشئت نسخة أولية من نظام ADS، بقاعدة بيانات تضم 40 ورقة بحثية، كإثبات للمفهوم عام 1988. وأصبح نظام ADS Abstract Service متاحًا للاستخدام العام عبر برنامج شبكي خاص في أبريل 1993، وتم ربطه بنظام SIMBAD بعد بضعة أشهر. وفي أوائل عام 1994، أُطلق نظام ADS عبر الإنترنت، مما أدى فعليًا إلى زيادة عدد المستخدمين النشطين أربعة أضعاف خلال الأسابيع الخمسة التي تلت إطلاقه. ^{[ 8 ]}

في عام ٢٠١١، أطلقت ADS خدمة البحث المُبسّط ADS Labs، التي قدّمت ميزات مُحسّنة لتضييق نطاق الاستعلامات واختيارها. وفي عام ٢٠١٣، بدأ إصدار ADS Labs 2.0 بتقديم مُحرّك بحث جديد، ووظيفة البحث في النصوص الكاملة، وميزات قابلة للتوسّع، بالإضافة إلى واجهة برمجة تطبيقات (API). وفي عام ٢٠١٥، أُطلق نظام ADS الجديد، الذي يحمل الاسم الرمزي Bumblebee، كإصدار تجريبي (ADS-beta). يتميّز نظام ADS-beta بواجهة برمجة تطبيقات للخدمات المصغّرة، وتحميل صفحات ديناميكي من جانب العميل، ويتم تقديمه على منصة سحابية. في مايو ٢٠١٨، أُزيلت تسمية "تجريبي" وأصبح Bumblebee واجهة ADS الافتراضية، مع بقاء بعض الميزات القديمة (ADS Classic) متاحة. ^{[ ٩ ]} يستمر التطوير حتى يومنا هذا، مع توفّر واجهة برمجة تطبيقات قابلة للتوسيع ، تُمكّن المستخدمين من إنشاء أدواتهم الخاصة بالاعتماد على سجل ADS الببليوغرافي.

تُوزَّع خدمة ADS عالميًا عبر اثني عشر موقعًا احتياطيًا في اثنتي عشرة دولة، ويتم مزامنة قاعدة البيانات أسبوعيًا باستخدام rsync ، وهي أداة نسخ احتياطي تسمح بتحديث أجزاء قاعدة البيانات التي طرأ عليها تغيير فقط. تُفعَّل جميع التحديثات مركزيًا، ولكنها تُشغِّل برامج نصية في المواقع الاحتياطية التي "تسحب" البيانات المُحدَّثة من خوادم ADS الرئيسية. ^{[ 10 ]}

في البداية، كانت المقالات المنشورة في المجلات المتاحة عبر نظام ADS عبارة عن صور نقطية ممسوحة ضوئيًا مأخوذة من المجلات الورقية، وملخصات مُنشأة باستخدام برامج التعرف الضوئي على الحروف . بعض هذه المقالات الممسوحة ضوئيًا، حتى عام 1995 تقريبًا، متاحة مجانًا بموجب اتفاقية مع ناشري المجلات، ^{[ 11 ]} ويعود تاريخ بعضها إلى أوائل القرن التاسع عشر. لاحقًا، ومع انتشار النسخ الإلكترونية للمجلات، بدأ تحميل الملخصات مباشرةً في نظام ADS.

تُفهرس الأوراق البحثية في قاعدة البيانات باستخدام سجلاتها الببليوغرافية التي تتضمن تفاصيل المجلة التي نُشرت فيها، بالإضافة إلى بيانات وصفية متنوعة مرتبطة بها ، مثل قوائم المؤلفين والمراجع والاستشهادات . في البداية، كانت هذه البيانات تُخزن بتنسيق ASCII ، ولكن مع مرور الوقت ، دفعت قيود هذا التنسيق القائمين على قاعدة البيانات إلى نقل جميع السجلات إلى تنسيق XML (لغة الترميز القابلة للتوسيع) في عام 2000. تُخزن السجلات الببليوغرافية الآن كعنصر XML مع عناصر فرعية للبيانات الوصفية المختلفة. ^{[ 10 ]}

تُخزَّن المقالات الممسوحة ضوئيًا بصيغة TIFF بدقة متوسطة وعالية . تُحوَّل ملفات TIFF عند الطلب إلى ملفات GIF للعرض على الشاشة، وملفات PDF أو PostScript للطباعة. تُخزَّن الملفات المُنشأة مؤقتًا لتجنب عمليات إعادة التوليد المتكررة غير الضرورية للمقالات الشائعة. في عام 2000، احتوى نظام ADS على 250 جيجابايت من عمليات المسح الضوئي، والتي تضمنت 1,128,955 صفحة مقالة تضم 138,789 مقالة. وبحلول عام 2005، ارتفع هذا الحجم إلى 650 جيجابايت، وكان من المتوقع أن يرتفع إلى حوالي 900 جيجابايت بحلول عام 2007. ^{[ 11 ]} لم تُنشر أي معلومات إضافية (2005).

كانت قاعدة البيانات في البداية تحتوي على مراجع فلكية فقط، لكنها توسعت الآن لتشمل ثلاث قواعد بيانات، تغطي مراجع علم الفلك (بما في ذلك علوم الكواكب والفيزياء الشمسية)، ومراجع الفيزياء (بما في ذلك الأجهزة وعلوم الأرض)، بالإضافة إلى نسخ أولية من الأوراق العلمية من موقع arXiv . تُعد قاعدة بيانات علم الفلك الأكثر تطورًا، إذ يُمثل استخدامها حوالي 85% من إجمالي استخدام نظام ADS. تُصنف المقالات في قواعد البيانات المختلفة وفقًا لموضوعها وليس المجلة التي نُشرت فيها، بحيث قد تظهر مقالات من أي مجلة في قواعد البيانات الثلاث. يتيح فصل قواعد البيانات تخصيص البحث في كل تخصص، بحيث يمكن إعطاء الكلمات تلقائيًا أوزانًا مختلفة في عمليات البحث في قواعد البيانات المختلفة، اعتمادًا على مدى شيوعها في المجال ذي الصلة. ^{[ 10 ]}

يتم تحديث البيانات في أرشيف ما قبل النشر يوميًا من موقع arXiv، وهو المستودع الرئيسي لما قبل نشر الأبحاث في الفيزياء وعلم الفلك. وقد كان لظهور خوادم ما قبل النشر، مثل نظام ADS، أثرٌ كبير على وتيرة البحث الفلكي، حيث تُتاح الأبحاث غالبًا من خوادم ما قبل النشر قبل أسابيع أو أشهر من نشرها في المجلات العلمية. ويعني دمج ما قبل النشر من arXiv في نظام ADS أن محرك البحث قادر على عرض أحدث الأبحاث المتاحة، مع التنويه إلى أن ما قبل النشر قد لا يكون قد خضع لمراجعة الأقران أو التدقيق اللغوي وفقًا للمعايير المطلوبة للنشر في المجلات الرئيسية. ويربط نظام ADS قاعدة بياناته ما قبل النشر بالمقالات المنشورة لاحقًا كلما أمكن ذلك، بحيث تُظهر عمليات البحث عن الاستشهادات والمراجع روابط إلى المقالة المنشورة في المجلة التي تم الاستشهاد فيها بما قبل النشر. ^{[ 12 ]}

يعمل البرنامج على نظام مصمم خصيصًا لنظام ADS، مما يتيح تخصيصًا واسع النطاق لتلبية الاحتياجات الفلكية التي لم تكن ممكنة مع برامج قواعد البيانات العامة . صُممت البرامج النصية لتكون مستقلة عن المنصات قدر الإمكان، نظرًا للحاجة إلى تسهيل النسخ المتطابق على أنظمة مختلفة حول العالم، على الرغم من أن الاستخدام المتزايد لنظام لينكس كنظام التشغيل المفضل في علم الفلك قد أدى إلى زيادة تحسين البرامج النصية لتثبيتها على هذه المنصة. ^{[ 10 ]}

يقع خادم ADS الرئيسي في مركز الفيزياء الفلكية التابع لجامعة هارفارد ومؤسسة سميثسونيان في كامبريدج، ماساتشوستس ، وهو خادم ثنائي النواة 64 بت من نوع X86 Intel ، مزود بمعالجين رباعيي النواة بتردد 3.0 جيجاهرتز وذاكرة وصول عشوائي (RAM) سعتها 32 جيجابايت ، ويعمل بنظام التشغيل CentOS 5.4 Linux . ^{[ 11 ]} اعتبارًا من عام 2022، توجد خوادم مرآة في الصين، وتشيلي، وفرنسا، وألمانيا، واليابان، وروسيا، والمملكة المتحدة، وأوكرانيا. ^{[ 13 ]}

يستقبل نظام ADS حاليًا (2005) ملخصات أو جداول محتويات من حوالي مئتي مصدر من المجلات العلمية. وقد يتلقى النظام بيانات تشير إلى المقالة نفسها من مصادر متعددة، ويُنشئ مرجعًا ببليوغرافيًا واحدًا استنادًا إلى أدق البيانات من كل مصدر. يُسهّل الاستخدام الشائع لبرنامجي TeX و LaTeX في معظم المجلات العلمية دمج البيانات الببليوغرافية في النظام بتنسيق موحد، كما يُسهّل استيراد المقالات الإلكترونية المكتوبة بلغة HTML . يستخدم نظام ADS برامج Python و Perl لاستيراد البيانات الببليوغرافية ومعالجتها وتوحيدها. ^{[ 10 ]}

إن مهمة تحويل أسماء المؤلفين إلى صيغة قياسية (اسم العائلة ، الحرف الأول) تبدو بسيطة ، لكنها في الواقع من أصعب المهام التي يمكن أتمتتها، وذلك بسبب التنوع الكبير في اصطلاحات التسمية حول العالم، واحتمالية أن يكون اسم مثل "ديفيس" اسمًا أولًا أو اسمًا ثانيًا أو اسم عائلة. يتطلب التحويل الدقيق للأسماء معرفة تفصيلية بأسماء المؤلفين النشطين في علم الفلك، ويحتفظ نظام ADS بقاعدة بيانات شاملة لأسماء المؤلفين، تُستخدم أيضًا في البحث في قاعدة البيانات (انظر أدناه).

بالنسبة للمقالات الإلكترونية، يسهل استخراج قائمة المراجع الواردة في نهاية المقالة. أما بالنسبة للمقالات الممسوحة ضوئيًا، فيعتمد استخراج المراجع على تقنية التعرف الضوئي على الحروف (OCR). ويمكن بعد ذلك "عكس" قاعدة بيانات المراجع لعرض قائمة الاستشهادات لكل ورقة بحثية فيها. وقد استُخدمت قوائم الاستشهادات سابقًا لتحديد المقالات الشائعة المفقودة من قاعدة البيانات؛ ومعظمها يعود لما قبل عام ١٩٧٥، وقد أُضيفت الآن إلى النظام.

تحتوي قاعدة البيانات الآن على أكثر من خمسة عشر مليون مقالة. وفي حالة المجلات الرئيسية في علم الفلك ( المجلة الفيزيائية الفلكية ، والمجلة الفلكية ، وعلم الفلك والفيزياء الفلكية ، ومنشورات الجمعية الفلكية للمحيط الهادئ ، والإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية )، فإن التغطية شاملة، حيث تم فهرسة جميع الأعداد من العدد 1 إلى العدد الحالي. وتمثل هذه المجلات حوالي ثلثي الأوراق البحثية في قاعدة البيانات، بينما يتكون الباقي من أوراق بحثية منشورة في أكثر من 100 مجلة أخرى من جميع أنحاء العالم، بالإضافة إلى وقائع المؤتمرات. ^{[ 11 ]}

على الرغم من أن قاعدة البيانات تحتوي على المحتويات الكاملة لجميع المجلات الرئيسية والعديد من المجلات الثانوية أيضًا، إلا أن تغطيتها للمراجع والاستشهادات أقل شمولًا. فالمراجع والاستشهادات في المقالات المنشورة في المجلات الرئيسية مكتملة إلى حد كبير، ولكن لا يمكن مطابقة عبارات مثل "مراسلات خاصة" أو "قيد النشر" أو "قيد الإعداد"، كما أن أخطاء المؤلفين في قوائم المراجع تُدخل أخطاءً محتملة. وقد تستشهد الأبحاث الفلكية بمقالات في مجلات تقع خارج نطاق قاعدة بيانات ADS، مثل مجلات الكيمياء أو الرياضيات أو الأحياء ، أو قد تُستشهد بها هذه المقالات . ^{[ 14 ]}

منذ إنشائها، طورت قاعدة بيانات ADS محرك بحث بالغ التعقيد للاستعلام عن قواعد بيانات الملخصات والأجرام السماوية . صُمم محرك البحث خصيصًا للبحث في الملخصات الفلكية، ويفترض المحرك وواجهة المستخدم الخاصة به أن المستخدم مُلِمٌّ بعلم الفلك وقادر على تفسير نتائج البحث المصممة لعرض أكثر من مجرد الأوراق البحثية الأكثر صلة. يمكن الاستعلام عن قاعدة البيانات باستخدام أسماء المؤلفين، وأسماء الأجرام السماوية ، وكلمات العناوين، والكلمات الواردة في نص الملخص، كما يمكن تصفية النتائج وفقًا لعدد من المعايير. يعمل المحرك أولًا عن طريق جمع المرادفات وتبسيط مصطلحات البحث كما هو موضح أعلاه، ثم إنشاء "ملف معكوس"، وهو عبارة عن قائمة بجميع المستندات المطابقة لكل مصطلح بحث. بعد ذلك، تُطبق معايير البحث التي يحددها المستخدم على هذه القائمة المعكوسة لإنشاء نتائج البحث النهائية. ^{[ 15 ]}

على الرغم من أن نظام ADS صُمم في الأصل كوسيلة للوصول إلى الملخصات والأوراق البحثية، إلا أنه يوفر قدرًا كبيرًا من المعلومات الإضافية إلى جانب نتائج البحث. فلكل ملخص مُسترجع، تُقدم روابط لأوراق بحثية أخرى في قاعدة البيانات مُشار إليها، والتي تستشهد بالورقة البحثية، بالإضافة إلى رابط للنسخة الأولية (ما قبل النشر)، إن وُجدت. كما يُنشئ النظام رابطًا للمقالات "المقروءة أيضًا" - أي تلك التي حظيت بأكبر قدر من الاطلاع من قِبل قراء المقالة. وبهذه الطريقة، يستطيع مستخدم ADS تحديد الأوراق البحثية الأكثر أهمية لعلماء الفلك المهتمين بموضوع ورقة بحثية معينة. ^{[ 15 ]}

كما يتم إرجاع روابط إلى قواعد بيانات أسماء الأجسام في قاعدة بيانات SIMBAD و/أو قاعدة بيانات NASA Extragalactic Database ، والتي يمكن للمستخدم من خلالها العثور بسرعة على البيانات الرصدية الأساسية حول الأجسام التي تم تحليلها في ورقة بحثية، والعثور على المزيد من الأوراق البحثية حول تلك الأجسام.

يُستخدم نظام ADS على نطاق واسع كأداة بحثية بين علماء الفلك، وقد أجرت العديد من الدراسات تقديرات كمية لمدى إسهامه في رفع كفاءة البحث الفلكي؛ إذ قدّرت إحدى الدراسات أن ADS زاد من كفاءة البحث الفلكي بما يعادل 333 سنة بحثية بدوام كامل سنويًا، ^{[ 8 ]} ووجدت دراسة أخرى أن تأثيره في عام 2002 كان يعادل 736 باحثًا بدوام كامل، أو جميع الأبحاث الفلكية التي أُجريت في فرنسا. ^{[ 18 ]} وقد مكّن ADS من إنجاز عمليات البحث في الأدبيات العلمية التي كانت تستغرق سابقًا أيامًا أو أسابيع في ثوانٍ معدودة، ويُقدّر أن ADS قد زاد من قراءة واستخدام الأدبيات الفلكية بنحو ثلاثة أضعاف منذ إنشائه. ^{[ 18 ]}

من الناحية المالية، يُمثل هذا التحسن في الكفاءة مبلغًا كبيرًا. يوجد حوالي 12,000 باحث فلكي نشط حول العالم، لذا فإنّ نظام ADS يُعادل حوالي 5% من القوى العاملة في مجال الفلك. تُقدّر ميزانية البحث الفلكي العالمية بما بين 4,000 و5,000 مليون دولار أمريكي، ^{[ 19 ]} وبالتالي فإنّ قيمة نظام ADS لعلم الفلك تُقدّر بحوالي 200-250 مليون دولار أمريكي سنويًا. وتُمثّل ميزانيته التشغيلية جزءًا صغيرًا من هذا المبلغ. ^{[ 18 ]}

أقرت الأمم المتحدة بالأهمية البالغة لنظام ADS لعلماء الفلك ، حيث أشادت الجمعية العامة للنظام بعمله ونجاحه، مشيرةً بشكل خاص إلى أهميته لعلماء الفلك في العالم النامي، وذلك في تقارير لجنة الأمم المتحدة المعنية بالاستخدامات السلمية للفضاء الخارجي . وفي الوقت نفسه، ذكر تقرير صادر عام 2002 عن لجنة زائرة لمركز الفيزياء الفلكية أن الخدمة "أحدثت ثورة في استخدام المراجع الفلكية"، وأنها "ربما تكون أهم مساهمة فردية قدمها مركز الفيزياء الفلكية لأبحاث علم الفلك طوال فترة وجوده". ^{[ 20 ]}

نظرًا لاستخدامه شبه العالمي من قبل علماء الفلك، يُمكن لنظام ADS أن يكشف الكثير عن كيفية توزيع البحوث الفلكية حول العالم. يصل معظم المستخدمين إلى النظام من مؤسسات التعليم العالي، حيث يُمكن بسهولة تحديد الموقع الجغرافي للمستخدم من خلال عنوان IP الخاص بها. تُشير الدراسات إلى أن أعلى نسبة استخدام لنظام ADS للفرد الواحد هي لعلماء الفلك المقيمين في فرنسا وهولندا، وبينما تستخدم الدول الأكثر تقدمًا (مقاسةً بنصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي ) النظام أكثر من الدول الأقل نموًا، إلا أن العلاقة بين نصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي واستخدام نظام ADS ليست خطية. يتجاوز نطاق استخدام نظام ADS للفرد نطاق نصيب الفرد من الناتج المحلي الإجمالي، وقد وُجد أن البحوث الأساسية التي تُجرى في بلد ما، كما يُقاس باستخدام نظام ADS، تتناسب طرديًا مع مربع الناتج المحلي الإجمالي للبلد مقسومًا على عدد سكانه. ^{[ 18 ]} تُشير الإحصاءات أيضًا إلى أن عدد علماء الفلك في الدول ذات الثقافة الأوروبية يزيد بنحو ثلاثة أضعاف عن عددهم في الدول ذات الثقافة الآسيوية ، مما قد يُشير إلى اختلافات ثقافية في الأهمية المُعطاة للبحوث الفلكية. ^{[ 18 ]} وُجد أن مقدار البحث الأساسي الذي يتم إجراؤه في بلد ما يتناسب مع عدد علماء الفلك في ذلك البلد مضروبًا في الناتج المحلي الإجمالي للفرد، مع وجود تباين كبير.

وقد تم استخدام ADS أيضًا لإظهار أن نسبة أوراق علم الفلك ذات المؤلف الواحد قد انخفضت بشكل كبير منذ عام 1975 وأن الأوراق الفلكية التي تضم أكثر من 50 مؤلفًا أصبحت أكثر شيوعًا منذ عام 1990. ^{[ 21 ]}

• قائمة قواعد البيانات الأكاديمية ومحركات البحث
• رمز Bibcode
• INSPIRE-HEP
• نظام بيانات الكواكب التابع لناسا (PDS)
• ببمد
• مايكل ج. كورتز

• الموقع الرسمي