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本文轉載自微信官方賬號“環球科學美”(ID:邱歡·薛蝌)。
布萊恩·歐文斯寫的
石曉東
雖然科學發展是壹個長期的目標，但研究工作通常是在短時間內進行和完成的。但有些研究項目不宜操之過急，比如研究人類壽命、地殼、太陽表面的變化，需要幾十年甚至上百年的時間。
本文列舉了五個長期的科研項目，有些項目已經積累了幾個世紀的數據，有些項目每年產生數百篇論文，而壹項研究每十年只能獲得壹個數據。
這些耗時的實驗往往會受到很多不利因素的影響，比如經費不足、人員變動等。盡管如此，實驗先驅們的遠見卓識和後繼者們的耐心和獻身精神使得這些研究項目沒有半途而廢。
如果像壹項長達90年的人類壽命研究表明的那樣，堅持不懈的品質預示著健康長壽，那麽本文描述的所有科學家都可以創造自己的記錄。
自從400多年前望遠鏡問世以來，天文學家就壹直在記錄太陽黑子的活動，伽利略作為其中的壹員，也記錄了他的觀測結果。然而，早期的觀測者並不知道太陽表面出現的黑色斑塊是什麽，也不知道產生太陽黑子的磁場。
直到1848年，瑞士天文學家魯道夫·沃爾夫對太陽黑子進行了系統的觀測，並制定了世界上太陽黑子數的計算公式(著名的沃爾夫相對數)，沿用至今，人們才對太陽黑子活動有了進壹步的認識。沃爾夫相對數，也叫黑子相對數，是壹種衡量太陽活動隨時間變化的方法。
2011年，弗雷德裏克·克萊特成為皇家天文臺太陽效應數據分析中心的負責人。為了研究太陽黑子活動，該中心收集了1700年以來，500多位觀測者觀測太陽表面時留下的照片和手繪資料。
美國史丹福大學的太陽物理學家葉小開·斯瓦爾加德表示，這些數據對於預測太陽黑子活動非常有價值。太陽黑子活動的消長周期約為11年，太陽噴射到太空中的帶電粒子會影響地球上的衛星和電子設備。
詳細的觀測記錄有助於研究人員理解為什麽太陽黑子活動會有這樣的周期性循環，並準確預測強烈的太陽黑子活動。“研究持續的時間越長，我們就越能檢驗我們的理論，”斯瓦加德說。每年大約有200篇論文引用太陽黑子活動的數據，涉及的領域從太陽物理學到地磁、大氣科學和氣候科學。
每個月，比利時皇家天文臺都會收集和檢查大約90名太陽黑子觀測者的數據，其中三分之二是業余愛好者，他們使用的小型光學望遠鏡並不比200年前存在的望遠鏡好多少。
雖然比利時皇家天文臺的太陽影響數據分析中心是國際科學理事會認可的世界數據中心，但從未獲得後者的研究資助。除了在“夜班”工作，科萊特還是比利時皇家天文臺的天文學家，他和另壹名兼職人員還負責太陽黑子數據庫的維護。
盡管如此，科萊特認為，與數百年前的同事“共事”是壹件令人陶醉的事情。他說，雖然伽利略“忙於行星和其他事情”，他對黑子活動的觀測數據參差不齊，但伽利略繪制的黑子圖已經包含了足夠詳細的信息，可以揭示黑子群的磁結構和太陽偶極子的大小和傾角。“妳可以從伽利略的圖像和現代太陽黑子圖中提取完全相同的信息，”Clete說。
更重要的是，科萊特被這些天文學前輩的遠見卓識所深深吸引，因為他們忠實地記錄了自己所看到的壹切，並認為這對以後的研究有所幫助。他說，“這是科學研究的根本，就是忠實地記錄實驗數據，而不用擔心最後的結果。”
意大利南部的維蘇威火山是壹座活火山，但它每隔幾千年才會壯觀地噴發壹次。最後壹次大爆發是在公元79年，那次爆發將龐貝城掩埋在火焰中。
大約在這次噴發前3800年，維蘇威火山產生的熱氣和巖石覆蓋了今天那不勒斯的整個地區。維蘇威火山觀測站作為世界上最古老的火山研究站，從1841開始就壹直在觀測這個不友好的目標，為了預測即將到來的危險，火山的每壹次震動都被記錄下來。
天文臺位於維蘇威火山壹側600米高的地方。為了安全起見，觀測站遠離火山頂部，從而避開火山噴發產生的巖石碎片和巖漿流。現任維蘇威火山觀測站主任馬塞洛·馬蒂尼(Marcello Martini)說，“這座火山觀測站的建立，塑造了火山學和地質學研究的雛形。”
該天文臺的首任臺長Macedonio Dogniaux meloni在火山巖漿的磁性特征方面做了開創性的工作，這對後來的古地磁研究(即地球磁場在巖石中的歷史記錄)非常重要。1856年，天文臺的第二任臺長路易吉·帕爾米裏發明了電磁地動儀，它對地面振動比以前的儀器更敏感，因此預測火山爆發成為可能。
在帕爾米耶裏和後續領導人的領導下，維蘇威天文臺為許多火山噴發監測工具的發展做出了巨大貢獻。例如，20世紀初朱塞佩·梅爾卡利(Giuseppe Mercalli)的火山噴發強度劃分標準壹直沿用至今。
然而，檢測站本身已經不再發揮其原有的作用。“在研究的早期階段，盡可能靠近火山活動區是非常重要的，但現在已經沒有必要這樣做了，”金斯敦羅德島大學火山學家哈拉爾杜爾·西古爾德森說。
目前，大多數火山監測是通過遠程操作實現的。地面上的傳感器收集數據後，將數據傳輸到國家地球物理和火山學研究所的實驗室(位於那不勒斯)。1970年，原來的維蘇威天文臺被改建為博物館。
除了提供科學理論，火山觀測站的另壹個目的是預測火山噴發，保護公眾生命財產安全。例如，天文臺成功預測了1944年的火山爆發。
在那不勒斯的實驗室裏，科學家們24小時值班。除了密切監視西西裏島北部的斯特龍博利火山，他們還監視著坎皮弗萊格雷火山口和那不勒斯西部的伊斯基亞島。
然而，古德森認為，火山學的未來不是在已知的危險火山上放置傳感器，而是使用星載雷達，這樣就可以觀察到地面的所有變形，並選擇地質學家沒有預料到的危險區域。他說:“我們的前進方向應該是建立壹個有國際合作的火山監測系統，而不僅僅是監測某壹座火山，而是在全球範圍內全面綜合地看待火山研究。”
從事長期研究項目的科學家不僅要努力保持實驗的完整性，還要盡力保證實驗的相關性。安迪·麥克唐納就是這種情況。2008年，他接手了壹個農業實驗，從1843開始壹直在做:搞清楚礦物肥料和有機肥對作物產量的影響。
這項研究是由肥料大王約翰·勞斯在他位於倫敦北部洛桑的莊園發起的。實驗測試了氮、磷、鉀、鈉、鎂和農家肥對幾種主要作物產量的影響，包括小麥、大麥、豆類和塊根作物。
現在在英國羅斯塔德研究所負責“經典實驗”的麥克唐納說，“經過二三十年的研究，壹些肥料的相對重要性已經基本明確”。比如氮肥的作用最大，其次是磷肥。
因此，為了滿足農業實踐的需要，實驗將定期更新，以檢驗新的想法。例如，在1968中，農民從研究開始就種植的長莖谷類作物被產量更高的短莖谷類作物取代。研究證實，新品種需要更多的肥料，因為它們需要從土壤中吸收額外的養分，所以農民不得不適應這種變化。
“洛桑是長期農業研究的鼻祖，”密歇根州立大學建立的長期農業研究基地密歇根州立大學W. K .凱洛格生物站主任菲爾·羅伯遜說。
羅伯遜指出，連續的數據非常有價值。洛桑研究所不僅可以研究環境和生物的發展趨勢，如土壤中鈣的儲存或入侵物種的影響，還可以為壹些短期研究提供平臺，如土壤中硝酸鹽的流失。
洛桑檔案館保存了自實驗以來收集的大約30萬份植物和土壤樣本。2003年，科學家從1843采集的小麥樣本中提取了兩種小麥病原體的DNA，揭示了哪種病原體受工業二氧化硫排放影響較大。
讓資助機構對這樣的長期研究項目保持興趣並不容易。洛桑研究所的研究經費來源包括政府撥款、捐款和勞斯生前設立的信托基金。
“即使在沒有傑出研究成果的時期，投資者也必須致力於保持實驗數據的連續性，”參與建立美國農業部長期農業生態系統研究網絡的羅伯遜說。
麥克唐納和他的團隊為他們所做的工作感到自豪。“我經常想起約翰·勞斯，”麥克唐納說。“我感到有很大的責任來確保這個實驗能夠傳遞給下壹代。這些數據不是博物館裏陳列的歷史文物，而是當今科學界不可或缺的壹部分。”
1921年，美國斯坦福大學心理學家劉易斯·特曼(Lewis Terman)通過斯坦福-比奈測驗(Stanford-Binet)選取了1 500多名出生於1900和1925之間的天才兒童。他發明的阿爾弗雷德智商測試，然後，
這是世界上最長的縱向研究之壹，也是持續時間最長、最深入的人類發展研究。90多年來，特曼對這些參與者的家庭生活、受教育程度、興趣愛好、個人能力和性格進行了跟蹤調查。
特曼“天才的遺傳學研究”的目標之壹是反駁當時流行的壹個假設:天才兒童身體虛弱，缺乏社交能力，發展不全面。但是，即使按照當時的標準，這項研究的實驗設計也存在很多問題。
首先，特曼的樣本選擇方式非常偶然，對考試的管理很大程度上是基於老師的推薦信；其次，選取的樣本不具有代表性，90%以上是白人和中上階層。特曼甚至讓自己的孩子報名參加測試。更有甚者，為了讓實驗結果達到他的預期，特曼為實驗參與者寫了推薦信，並幫助其中壹部分人進入斯坦福大學。
特曼的調查壹直追蹤兒童到成年。結果表明，這些天才兒童和普通人壹樣健康，具有良好的社會適應能力。他們通常會成長為成功和快樂的成年人。此外，隨著調查項目的進展，研究人員也在努力彌補實驗中的壹些缺陷和不足。
例如，在20世紀80年代，美國哈佛醫學院的心理學家喬治·韋蘭特(George Vaillant)將特曼的數據加入到他的壹個關於成人發展的長期研究項目中，並開始收集當年參與特曼研究的人的死亡證明。
通過分析這些實驗記錄，加州大學河濱分校的心理學家霍華德·弗裏德曼總結了特曼研究的壹個最重大的發現，即人的責任感——謹慎、毅力和計劃——是預測壽命的關鍵心理因素，無論是在童年還是成年，責任感好的人可以延長6-7年的壽命。“如果沒有長期的數據收集，這種聯系很難找到，”弗裏德曼說。
斯坦福長壽中心主任勞拉·卡斯滕森說，隨著當代科學的發展，縱向研究也在與時俱進。新的研究者會補充新的方法，同時修改或放棄壹些他們認為不再有意義或過時的做法。“例如，我們將采用與1900完全不同的方式來評估情緒健康，”她說。"看這些縱向數據就像寫壹部心理學史."
1961年，在昆士蘭大學工作僅兩天的物理學家約翰·柊司偶然發現了壹個古怪的小實驗，這個實驗已經在櫃子裏悄悄地進行了34年。50年後，梅恩·柊司仍然負責這項實驗，並壹直等待著見證最激動人心的時刻。
這個瀝青滴落實驗的開創者是我校第壹位物理學教授托馬斯·帕內爾(Thomas Parnell)。他想借這個實驗向學生證明，在冷卻狀態下容易被錘子砸碎的瀝青(壹種黑色焦油餾分)，也可以像液體壹樣流過漏鬥，從底部滴出。最後，帕內爾成功了。每隔6到20年，就會滴下壹滴瀝青。到目前為止，已經滴了9滴瀝青，滴得非常慢，成為世界上滴得最慢的壹滴。
嚴格來說，這個實驗並不是科學發現的溫床。90年，這項研究只出了壹篇科學論文，計算出瀝青的粘度是水的2300億倍。此外，該實驗還獲得了2005年搞笑諾貝爾獎。
盡管如此，瀝青滴淌試驗仍有壹些問題需要研究。首先，沒有人見過瀝青是怎麽滴下來的，記錄實驗過程的網絡攝像頭也沒有拍到瀝青下落的場景，所以沒有人知道瀝青滴和瀝青塊分離時發生了什麽。另外，了解天氣、空調的使用、建築裝修引起的振動對瀝青滴落速度的影響，可能需要幾十年的時間。
根據柊司的說法，實驗的價值不在於它對科學的貢獻，而在於它對歷史和文化的影響，這種影響喚起了雕塑家、詩人和作家對時間流逝和現代生活節奏的深刻思考。同時也提醒人們科學史和事物發展的永恒性。“不管這個世界多麽多變，瀝青總是遵循其自身固有的規律，”梅恩·柊司說。
漏鬥裏還有很多瀝青。在接下來的150年裏，它依然會無視世間的紛擾，從容準備下壹滴。2013年8月，柊司因中風去世。幸運的是，他在死前找到了瀝青滴落實驗的接收器。他走後，他的年輕同事們將繼續這項實驗。(這篇文章發表後，7月11，2013日，他們第壹次拍攝到了瀝青液滴的滴落。——編者註)
不夠，請戳。
把科學帶回家。
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