很多年前在国内的一家省级科技情报研究所曾看到一种原版美国业余无线电爱好者杂志《CQ》。从中可以看出美国业余爱好者的技术水平已经很高，已经在玩什么地球-月亮-地球通信（Earth–Moon–Earth communication - EME）的项目。

   本文要说的业余科学家是指在业余时间从事科学研究、但不是以此为职业的一群人。也可以泛指对科学感兴趣并在业余时间从事与其职业无关的科学研究的群体。美国人称之为公民科学家和公民科学志愿者（Citizen Scientists and citizen science volunteers），我们还是按照汉语的习惯，称之为业余科学爱好者；而科学志愿者则不需要有很深的专业知识，只需要出钱和或出时间出力气。

   本文不涉及通常意义的“民间科学家”（crank）。

业余科学爱好者

   业余科学爱好者和科学志愿者的动机首先是有兴趣、愿为科学研究做点贡献，其次是想学习有关的科学知识、欣赏科学的美，最后是认识同行、朋友。

   业余科学爱好者和科学志愿者中男性占绝大多数，过半数是在读学生，人过中年事业有成、收入较高的人逐渐多了起来。

‎   2013年约翰·霍普金斯大学的 M.J. Raddick 等人对参加“银河动物园”项目的一万一千名业余天文爱好者和志愿者进行了一次调查。2016年国内的叶泉志（中山大学大气科学系毕业，加拿大西安大略大学天文学博士，现为美国加州理工学院博士后研究员，曾发现很多小行星）也在中国做了类似的调查。

   比较两项调查可以发现业余科学爱好者和科学志愿者的数量和水平中国与西方发达国家相比差距很大。

   差距大的首要原因可能是工资收入水平还不高。叶泉志的文中给出了一个“中国大陆部分业余天文台站列表”，其中许多天文台所用的天文望远镜都没有达到8英寸（20厘米的）初级爱好者的水平。随着中国大陆收入水平的提高，估计这几年会得到改善。

   重要的原因也可能是从政府到个人的兴趣不高。

美国的业余科学爱好者

   美国有很多科学爱好者组织，涵盖天文、古生物、数学、物理、数学、生物等很多学科。

   五十年代开始美国流星协会（AMS）一直鼓励其业余会员-业余无线电爱好者尝试建立流星前向散射接收器系统，就是发射天线与水平成30-60度角经过流星反射后在远处接收无线电信号。可用来研究远距离（如1400英里）流星散射突发无线电通信（Meteor scatter burst radio），同样原理也可以探测流星的出现。

   现在的业余无线电爱好者用软件定义无线电（Software-defined radio，SDR)接收机制作无源雷达 (Passive radar)，通过处理来自环境中非合作照明源（如商业调频广播和电视信号）的反射来检测和跟踪飞机。这也有台湾企业生产的SDR芯片，大陆企业“白菜价”生产的SDR接收机的功劳。

   《科学美国人》杂志曾有一个业余科学家（AMATEUR SCIENTIST）专栏，有72年的历史（1928–2001）。

   西屋-英特尔科学奖、西门子全国科学竞赛（Siemens Competition）、全国优秀高中生科研竞赛奖雷杰纳容科学奖（Regeneron Science Talent Search）等都是是民间企业鼓励业余科学爱好者的奖项。一些诺贝尔科学奖的获得者也曾获得过这些奖。

   美国政府鼓励“公民科学家和公民科学志愿者”活动，设立了专门网站介绍供公民参与的科研计划。

   2018年5月21日，与中国“鹊桥”中继卫星一同进入外太空的还有龙江1号和2号两个微型月球探测器（47公斤），它们发回的信号功率很小。第二天北美的业余无线电爱好者 uhf_satcom 就收到了龙江2号的遥控遥测信号，并在twitter上发布信息：“Chinese DSLWP-B on S-Band, a great signal on 2275.211MHz”。据称，中国是有新疆南山25米射电天线和上海佘山25米射电天线参与接受的。由此可见美国业余无线电爱好者的水平。

   2019年7月31日22时20分(北京时间)，由于龙江2号推进剂耗尽，受控脱轨坠毁月球表面。业余天文学家丹尼尔·埃斯特维兹一直在跟踪观测，并根据现有资料对龙江2号坠毁点进行了准确计算，最后成功获得了坠毁点坐标：位于直径较大的康斯坦丁诺夫陨石坑南部和东南部之间的在范根特火山口内。于是他将这一坐标提供给了美国月球勘察轨道飞行器（LROC）小组。2019年10月5日，LRO路过该区时启动了高精度相机，从122公里高度对表面进行了拍摄，竟然找到了龙江2号。

著名的业余科学爱好者

   2008年末《探索》杂志（Discover Magazine）评选出美国十大业余科学家。他们没有大学实验室，没有联邦财政支持，照样取得了令人瞩目的成就，成为世人不可忽视的科研力量。他们具有典型意义，至今也不过时。

1，约翰·卡兹斯（John Kanzius，宾州 Erie）：
他曾患白血病，2003和2004年接受化疗，他在与血癌的斗争受到启发，自行开展针对癌症加热治疗的研究。2005年，他的工作受到了著名的匹兹堡大学癌症研究中心和安德森癌症中心的注意，2008年与这两家机构进行动物试验，试验已经成功摧毁了兔子体内被称为VX2的肝癌肿瘤。

2，大卫·格文（David Gowen，加州 Oakland） 
1990年起开始利用业余时间研究植物学，自学如何通过收集的样品分辨各种植物。他在旧金山湾区的 Mount Diablo 附近一个方圆175英亩的自然保护区里进行长途旅行时发现了这两个物种，并给它们起了正式的拉丁名字：Lime Ridge Navarretia和Lime Ridge Woollystar。他说：“我在1998年发现了navarretia，但是直到2004年我才与杨百翰大学（Brigham Young University）的雷格·约翰森取得联系，向他介绍了这种植物。2003年我发现了eriastrum”。2008年1月，他在加利福尼亚植物学会Madroño杂志上发表了第一篇论文：New Taxa Following a Reassessment of Eriastrum sparsiflorum (Polemoniaceae，花荵科)。

3，弗理斯特·M·密马斯三世（Forrest M. Mims III，德州 Guadalupe 县）
当年64岁的他在《自然》杂志和其它大众刊物上发表了很多论文。他除了一些生物学和化学入门大学课程外，他从未接受过任何正式培训。他的研究和著作包括从大气气溶胶到家用电子等一系列课题，他最为人所熟知的成就就是为RadioShack公司研制的教育用电子设备和书籍，RadioShack为数代年轻的热衷做试验的人启蒙了有关电子学的知识。此外，他还担任业余科学家协会网络期刊《公民科学家》的编辑。2008年时致力于大气学的研究，为美国国家大气与海洋管理局完成了26.5万字的研究著作。

4，艾利·希尔克（Ely Silk，佛州 Tamarac）
利用业余时间研究荧光显微镜的光源。他的发明使得几乎任何一个高中或乡村的医学机构都能够使用这种荧光显微镜。他的发明可以用来检查病人的痰液以便筛查出谁患有肺结核。

5，西恩·卡瑟（Sean Casey，加州 Studio 市）
我们对飓风（twister）认识可能来自电影Twister 和电视里的新闻画面。近距离拍摄风暴需要冒险精神和对风暴神秘活动方式的透彻理解。当时40岁的西恩经过9年在危险天气中的进进出出已经掌握了这些技巧，利用这些技巧拍摄到的风暴画面以一种寓教于乐的方式给民众普及了有关风暴的相关知识。他的作品曾在“探索频道”（Discovery Channel）播放。

6，保尔·布瑞德（加州 Solana Beach）
当年46岁的保尔·布瑞德是加州一家小型软件公司的老板，他和他的儿子制作了一辆月球车原型准备参加美国X大奖基金会定于2008年晚些时候举行的诺斯洛普-格鲁门月球车挑战赛。

7，伊安·克鲁夫特（加州圣何塞）
小行星的影响改变了地球生命的轨道，其中最为著名的就是恐龙的灭绝。发现那些陨石坑可以获得有关影响发生的频率以及它们对地球产生怎样的影响的信息。不幸的是，地质变化会消除这些陨石坑。当年42岁他在内华达州的黑石沙漠中发现了之前被人们忽视的陨石坑。

8，斯蒂芬·富尔顿（Stephen Felton，俄亥俄辛辛那提）
当年73岁的富尔顿在过去的40多年时间作为消遣或协助专业人员和同行的业余地质学家一直在辛辛那提地区富含化石的地质层寻找证据，功夫不负有心，2001年迎来了职业生涯的辉煌时刻，当时古生物协会认可了他的成就授予他哈勒尔L.史迪普奖(Harrell L. Strimple Award)，该奖用来表彰那些杰出的业余古生物学家。

9，比尔·希尔顿（Bill Hilton JR，南卡 York）
当年62岁前高中生物学老师的比尔在南卡州一个鸟类栖息地观察正在这里繁衍的鸟类。他于1996年创立了Operation RubyThroat（红脖鸟）在线数据库，可以使北美和中美洲蜂鸟鸟类爱好者共享其观察数据。2008年，RubyThroat 行动取得了重大成功。第一次在其北美繁殖地中发现了在热带越冬地中束缚的蜂鸟。

10，罗恩·比辛格（Ron Bissinger，加州 Pleasanton）
在自家后院用12英寸望远镜探测银河系外围绕其它恒星运转的行星。在过去的几年中，他确认了系外行星HD 149026 b和XO-1 b的存在，HD 149026 b是迄今探测到的密度最大体积最大温度最高的“凌日”行星之一，XO-1 b是一颗体积比木星略大由气体组成的行星。

   还有一位值得介绍：“业余古生物学家罕见发现”：斯蒂芬妮·莱科（Stephanie Leco）经常会在她的后院挖东西，并幻想找到霸王龙的化石。2015年夏天，26岁的她在石化森林公园（Petrified Forest National Park）发现了一条长鼻鱼中的颚骨，该鱼大概生存在2.2亿年前。

石化森林国家公园，照片来源：usatoday.com

BONIC 志愿者分布计算

   伯克利开放式网络计算平台（Berkeley Open Infrastructure for Network Computing，BOINC）是由加州大学伯克利分校计算机系发展出的分布式计算软件。本来是专门为本校“在家搜寻外星智慧”（Search for Extra Terrestrial Intelligence at Home：SETI@home）计划设计的，目的是请志愿者利用家庭计算机的空闲时间参与计算：自动下载任务、计算、上传结果。后来开放了服务器和计算机用户的源代码，供其他人使用。志愿参与者要用自己的计算机、GPU显示卡和电费，得到的是积分。幸运者志愿者可能得到荣誉 - 网站的排名、公布成果等。

   目前 BOINC 的计划有：天文、数学、物理、化学、生物、气候等。

   今天（2019年12月21日）BOINC全部计划的24小时平均计算能力：27.042 PFLOPS（每秒千万亿次=10¹⁵浮点运算），相当于世界上运算能力最快的计算机排名第11位。现有效志愿者: 135,551，有效计算机：492,200台。

   目前世界上的最快计算机是美国的 Summit，有2,414,592 个 CPU 核，峰值计算能力为 200.795 PFLOPS，耗电一万千瓦。

   2010年三位参加 Einstein@Home 计划的志愿者发现了一个罕见的天体，“PSR J2007+2722”快速旋转的中子星。为此《科学》杂志发专文介绍。

   2016年11月6日 PrimeGrid 的志愿者算出了 10223 * 2^31172165 + 1 是素数，它有9383761位。被列入已知最大素数（The Largest Known Primes）的第9位。前十个已知最大素数中其它九个都是梅森素数。

   2019年1月9日《自然》杂志发文“正交蛋白质异二聚体的可编程设计”也特别感谢志愿者为设计新的蛋白质参与计算。

   BOINC 志愿者计算外，还有一些志愿者参与的计算计划：

   2011年日本人近藤茂算出 π 小数点后10万亿位的世界纪录。2019年3月15日由日本人用谷歌云计算机算出了 31.4万亿(1012)位。π 世界纪录大部分由日本人保持。

   2012年，加利福尼亚大学圣迭戈分校启动了“美国肠道计划”（American Gut Project），并在2018年5月发布了主要成果。超过一万（12579）名志愿者参与了该项目，他们每个志愿者要拿出99美元购买用来收集粪便和口腔、皮肤组织的设备，并将采集的样本寄回。

如何成为业余科学爱好者

   在你的业余爱好中选择一个愿意长期从事研究的领域，参加一个协会或常上网了解同行的计划，逐步添置设备，遵守职业科学家的游戏规则，遵守联邦、州、县和当地的法律法规，脚踏实地的做事。

   “白菜价”的中国制造降低了业余科学爱好者和科学志愿者的入门门坎。例如：花1千美元买个天文望远镜从看月亮、土星环、亮的星系起，逐步加入业余天文爱好者的行列。
 

本文作者是理工男，是业余科学爱好者，也是科学志愿者。

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