基于文獻(xiàn)計量的天文學(xué)科發(fā)展態(tài)勢分析*

魏 韌 郭世杰，2 樊瀟瀟 董 璐 李宜展 李澤霞**，，2

（1.中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心，北京 100190；2.中國科學(xué)院大學(xué)圖書情報與檔案管理系，北京 101407；3.中國科學(xué)院條件保障與財務(wù)局，北京 100864）

天文學(xué)是一門探索宇宙中天體起源、演化以及相關(guān)基本物理的基礎(chǔ)學(xué)科［1］，研究對象包括宇宙中各種不同尺度的天體，包括太陽系內(nèi)的恒星及其行星系統(tǒng)、星系和星系團(tuán)，乃至整個宇宙的起源、結(jié)構(gòu)和演化。太陽和太陽活動對于地球環(huán)境和人類活動有決定性的影響。對其它行星的研究和地外生命的探索有助于理解生命的起源和演化，認(rèn)知人類在宇宙中的地位。宇宙和生命的起源和演化是全人類共同關(guān)心的重大問題，不但具有重要的科學(xué)意義，而且對于人類的世界觀也具有深刻影響。因此，天文學(xué)的成就是自然科學(xué)和人類文明的重要組成部分，各國都高度重視天文學(xué)科的發(fā)展規(guī)劃。以美國為例，自1964年啟動首個天文學(xué)科十年規(guī)劃以來，至今50多年已連續(xù)開展6次天文學(xué)科十年規(guī)劃，美國大型天文觀測設(shè)施均出自該系列規(guī)劃。

我國高度重視天文學(xué)科的發(fā)展，將之作為《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》重點發(fā)展的六大基礎(chǔ)學(xué)科之一。2019年6月，國家自然科學(xué)基金委面向國家中長期及“十四五”發(fā)展規(guī)劃［2］，啟動了天文學(xué)科的發(fā)展戰(zhàn)略研究，其中包括評估我國當(dāng)前天文學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀情況。文獻(xiàn)計量是定量開展學(xué)科評價的常用方法［3-5］，第三方機(jī)構(gòu)可以從科技文獻(xiàn)本身入手，通過設(shè)計分析指標(biāo)，量化分析學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀。為了定量分析我國天文學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀和國際地位，進(jìn)而為我國天文學(xué)科十四五規(guī)劃提供決策依據(jù)。本文從產(chǎn)出規(guī)模、學(xué)科布局、學(xué)術(shù)影響、第一作者國家、學(xué)科指數(shù)與影響力指數(shù)等角度梳理了天文學(xué)領(lǐng)域的文獻(xiàn)產(chǎn)出情況，供國內(nèi)天文學(xué)者和管理決策者定量了解我國天文學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀時參考。

1 產(chǎn)出規(guī)模

1.1 年代分布

2014—2019年，天文學(xué)科領(lǐng)域共計產(chǎn)出研究論文82123篇，從2014年的12701篇增長到2019年的14653篇，累計論文量增幅12.7%，年均論文量增幅2.01%（圖1）。

圖1 天文學(xué)科領(lǐng)域論文產(chǎn)出的年代分布情況Fig.1 Chronological Distribution of Papers in the Field of Astronomy

1.2 國家分布

2014—2019年，6大洲140個國家在天文學(xué)科領(lǐng)域有科研論文產(chǎn)出。在論文量的國家排名中，美國以39133篇位居第一，歐洲的英國（17546篇）、德國（17288篇）、法國（12076篇）緊隨其后。再次是中國（9814篇）、意大利（9810篇）、西班牙（7933篇）、日本（7049篇）、澳大利亞（6378篇）和荷蘭（6378篇），中國位于第5位（圖2）。

圖2 天文學(xué)科領(lǐng)域論文產(chǎn)出TOP15的國家分布情況Fig.2 Distribution of Top 15 Countries in the Output of Papers in the Field of Astronomy

中國在2014—2019這六年的論文產(chǎn)出有較快增長，從2014年的1259篇增長到2019年的2192篇，累計增長74.1%，年均增長9.68%，是世界平均年增幅的4.8倍。圖3對比了中國與美國、德國、日本、印度在天文學(xué)科領(lǐng)域論文產(chǎn)出的年代趨勢情況，可以看到美國保持年均論文產(chǎn)出6000篇以上，是中國的近4倍，保持絕對優(yōu)勢。在中國、日本和印度三個亞洲國家中，中國的論文產(chǎn)出一直保持第一，并在逐漸拉開差距。

圖3 美德日中印5國論文產(chǎn)出年度趨勢Fig.3 Annual Trend of Paper Output in USA，Germany，Japan，China and India

按洲際地域進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，歐洲以50881篇居于首位，北美洲（42104篇）居次，亞洲（26220篇）居第3（圖4）。亞洲論文產(chǎn)出增長較快，從2014年的3822篇增長到2019年的5064篇，累計增長32.5%，年均增長4.8%，是世界年均增幅的2.4倍。

圖4 天文學(xué)科領(lǐng)域6大洲論文產(chǎn)出年度分布情況Fig.4 Annual Distribution of Paper Output in the Field of Astronomy in 6 Continents

2 學(xué)科布局

對天文學(xué)科六大子學(xué)科進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，“星系和宇宙學(xué)”（32197篇，39.4%）與“銀河系和恒星”（20651篇，25.3%）兩個子學(xué)科的論文產(chǎn)出總量占整個天文學(xué)論文產(chǎn)出的60%以上，其次是太陽系和系外行星系統(tǒng)（10721篇，13.1%）、太陽物理（10115篇，12.4%）、天文技術(shù)方法和儀器（5078篇，6.2%）、基本天文（2875篇，3.5%）（表1）。

2.1 天文學(xué)科領(lǐng)域子學(xué)科時間趨勢分析

在過去5年里，“星系和宇宙學(xué)”和“銀河系和恒星”學(xué)科的論文產(chǎn)出保持穩(wěn)定增長，進(jìn)入成熟發(fā)展階段（表1）；“天文技術(shù)方法和儀器”學(xué)科的論文產(chǎn)出迅速增長，增幅近1.17倍，因新的理論、技術(shù)、工藝、方法等因素進(jìn)入快速發(fā)展階段；“太陽系和系外行星系統(tǒng)”學(xué)科的論文產(chǎn)出有較大波動，由空間任務(wù)驅(qū)動有關(guān)，如開普勒太空望遠(yuǎn)鏡退役等因素都可能會產(chǎn)生影響；“太陽物理”學(xué)科在2017年的論文產(chǎn)出有大幅增長，相較2016年增長四分之一以上，與2017年較強(qiáng)的太陽活動不無關(guān)系，如2017年9月7日爆發(fā)有史以來最強(qiáng)太陽耀斑。

本文選取2015～2016年月度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要由廣西統(tǒng)計局、廣西外匯管理局公布并通過計算得出。另外，為消除異方差對模型結(jié)果的影響，本文對樣本數(shù)據(jù)都進(jìn)行對數(shù)化處理，分別用ln（crmb）、ln（ix）及l(fā)n（ex）表示廣西跨境人民幣結(jié)算量、當(dāng)年累計進(jìn)口額及當(dāng)年累計出口額。本文主要采用Eviews計量軟件進(jìn)行實證分析和驗證廣西跨境人民幣與東盟貿(mào)易的相互關(guān)系。

表1 天文學(xué)科領(lǐng)域子學(xué)科方向論文產(chǎn)出年度分布情況Tab.1 Annual Distribution of Papers in the Sub-discipline of Astronomy

2.2 天文學(xué)科領(lǐng)域子學(xué)科國家地域分布分析

“星系和宇宙學(xué)”和“銀河系和恒星”學(xué)科在各國天文學(xué)科論文產(chǎn)出中占了較大比重，各國都比較重視該學(xué)科的科學(xué)研究（表2）。對比其他國家，中國在“太陽物理”和“基本天文”領(lǐng)域的學(xué)科比重分別為為15.81%和10.62%，高于美德英法等國，顯示出中國在這兩個領(lǐng)域的研究比較活躍。同時，中國在“太陽系和系外行星系統(tǒng)”領(lǐng)域的論文產(chǎn)出占比為9.2%，已接近部分歐美國家，與我國近年來以嫦娥系列衛(wèi)星為代表為空間探測任務(wù)密不可分。

表2 天文學(xué)科領(lǐng)域子學(xué)科論文產(chǎn)出國家分布情況Tab.2 National Distribution of Sub-discipline Papers in the Field of Astronomy

3 學(xué)術(shù)影響

3.1 天文學(xué)科領(lǐng)域子學(xué)科前1‰高引用論文分析

從2014—2019年天文學(xué)科領(lǐng)域的82123篇論文中逐年篩選當(dāng)年前1‰高引用論文，共計82篇，其中43篇涉及星系和宇宙學(xué)，11篇涉及銀河系和恒星（表3）。在這82篇論文中，共有1570位美國天文學(xué)者參與了其中71篇（86.6%），其中美國作為第一作者國家的有45篇（54.9%），顯示出美國學(xué)者在天文領(lǐng)域的絕對引領(lǐng)地位（表4）。

表3 天文學(xué)科領(lǐng)域子學(xué)科前1‰高引用論文學(xué)科分布Tab.3 Distribution of Top 1‰Highly Cited Papers in the Field of Astronomy

表4 天文學(xué)科領(lǐng)域前1‰高引用論文前20國家/地區(qū)分布Tab.4 TOP 20 National/Regional Distribution of Top 1‰Highly Cited Papers in Astronomy

此外，82篇1‰高引用論文中，有近50%論文（38篇）的合作國家超過10個，側(cè)面說明參與多國國際合作是產(chǎn)生重要天文發(fā)現(xiàn)的顯著特征，我國學(xué)者也受益于此，參與了其中28篇論文，涉及SDSS-III的重子振蕩光譜巡天、SDSS-IV的MaNGA巡天、Gaia巡天、GW170817與GW170608引力波觀測、Sloan數(shù)字巡天等研究內(nèi)容。但目前我國天文學(xué)者仍沒有以第一作者產(chǎn)出前1‰高引用論文。

3.2 天文學(xué)科領(lǐng)域子學(xué)科前1%高引用論文分析

從2014—2019年天文學(xué)科領(lǐng)域的82123篇論文中逐年篩選了當(dāng)年前1%高引用論文，共計814篇，主要集中在星系和宇宙學(xué)（表5）。在這814篇論文中，共有5931位美國天文學(xué)者共參與了656篇（80.6%），其中美國作為第一作者國家的有358篇（44.0%）（表6）。前1‰和前1%的論文產(chǎn)出中，美國均參與80%以上的產(chǎn)出，且第一作者產(chǎn)出均占比44%以上，足見美國學(xué)者引領(lǐng)著天文學(xué)科的發(fā)展。我國天文研究者及決策者應(yīng)高度關(guān)注美國的天文研究動態(tài)。

表5 天文學(xué)科領(lǐng)域前1%高引用論文學(xué)科分布Tab.5 Distribution of Top 1% Highly Cited Papers in Astronomy

表6 天文學(xué)科領(lǐng)域前1%高引用論文前20國家/地區(qū)分布Tab.6 TOP 20 National/Regional Distribution of Top 1% Highly Cited Papers in Astronomy

301位中國天文學(xué)者參與了107篇1%高引用論文的產(chǎn)出，其中以第一作者身份產(chǎn)出了10篇，相較2009—2013年僅2篇第一作者論文，顯示中國天文學(xué)者近年開始在國際舞臺嶄露頭角。此外，這10篇論文中，有2篇發(fā)表在我國自主期刊《天文和天體物理學(xué)研究》（ResearchinAstronomyandAstrophysics，RAA）上，說明我國天文期刊的國際影響力和話語權(quán)在逐漸提高。

3.3 天文學(xué)科領(lǐng)域子學(xué)科前10%高引用論文分析

從2014—2019年天文學(xué)科領(lǐng)域的82123篇論文中逐年篩選當(dāng)年前10%高引用論文，共計8134篇（表7）。在這8134篇論文中，共有29121位美國天文學(xué)者參與了5553篇論文的產(chǎn)出，美國作為第一作者國家的論文有2915篇；1723位中國學(xué)者參與了752篇論文的產(chǎn)出，中國作為第一作者國家的論文有249篇（表8），遴選基準(zhǔn)被引次數(shù)如表9所示。

表7 天文學(xué)科領(lǐng)域前10%高引用論文學(xué)科分布Tab.7 Distribution of Top 10% Highly Cited Papers in Astronomy

表8 天文學(xué)科領(lǐng)域前10%高引用論文前20國家分布Tab.8 TOP 20 National Distribution of Top 10% Highly Cited Papers in Astronomy

從中國學(xué)者作為第一作者的天文學(xué)科前10%高引用論文的年代分布可以看到，其高影響力論文保持高速增長（表9）；從其學(xué)科分布則可以發(fā)現(xiàn)，星系和宇宙學(xué)、銀河系和恒星學(xué)科占比較高，兩者合計約占近70%（表10）；從研究機(jī)構(gòu)分布來看，中國科學(xué)院產(chǎn)出了113篇近45%的論文，其次是北京大學(xué)（38篇）、南京大學(xué)（20篇）、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（11篇）和北京師范大學(xué)（10篇）（表11）。在中國科學(xué)院作為第一機(jī)構(gòu)產(chǎn)出的113篇10%高引用論文中，國家天文臺（北京）產(chǎn)出36篇，其次是紫金山天文臺（22篇）、云南天文臺（17篇）和上海天文臺（16篇）（表12）。

表9 中國學(xué)者參與的前10%論文被引次數(shù)遴選基準(zhǔn)Tab.9 Selection Criteria for Citation of Top 10% Papers with Chinese Author

表10 中國學(xué)者參與的前10%論文的學(xué)科分布Tab.10 Subject Distribution of Top 10% Paperswith Chinese Author

表11 中國學(xué)者參與的10%高引用論文國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)分布情況Tab.11 Top 10% Highly Cited Papers Distribution of Domestic Research Institutions with Chinese Author

表12 10%高引用論文中中國科學(xué)院下屬研究機(jī)構(gòu)的分布情況Tab.12 Distribution of Research Institutions of CAS with 10% Highly Cited Papers

4 第一作者國家分析

TOP15第一作者國家分布如圖5所示，美國學(xué)者以21300篇的第一作者論文產(chǎn)出居于絕對領(lǐng)先地位，中國學(xué)者居第2位。其中，中國天文學(xué)者的論文國際合作百分比相對較低（表13）。

圖5 TOP15第一作者國家分布情況Fig.5 Distribution of Top 15 First Author Countries

表13 TOP15第一作者國家的國際合作情況Tab.13 International Cooperation of Top 15 First Author Countries

5 天文學(xué)科領(lǐng)域?qū)W科指數(shù)與影響力指數(shù)分析

學(xué)科指數(shù)（Specialization Index，SI）是指對于某國而言，特定學(xué)科的論文數(shù)量占本國全部論文數(shù)量的相對比例，是利用研究規(guī)模測度特定學(xué)科在某國相對地位的指標(biāo)［7］，計算公式如下：

其中，Pfi為某國在某領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)；Pi為某國的全部論文數(shù)；Pfw為世界某領(lǐng)域的論文數(shù)；Pw為世界的全部論文數(shù)。

SI＞1，表示某國在某領(lǐng)域的論文產(chǎn)出比重水平高于世界平均水平，說明某國在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)活動相較其他領(lǐng)域更為活躍，在該領(lǐng)域更具學(xué)術(shù)優(yōu)勢地位；SI＜1，表示某國在某領(lǐng)域的論文產(chǎn)出比重低于世界平均水平。

影響力指數(shù)（Influence Index，II）是指對于某國而言，特定學(xué)科的篇均被引頻次與該學(xué)科世界篇均被引頻次的比值，是測度某國特定學(xué)科相對學(xué)術(shù)影響力的指標(biāo)，計算公式如下：

式中，CPPfi為某國在某領(lǐng)域的篇均引文；CPPfw為某領(lǐng)域世界的篇均引文。

II＞1，說明某國在某領(lǐng)域的篇均引文水平超過世界平均值；II＜1，表示某國在某領(lǐng)域的篇均引文低于世界平均值。

對天文學(xué)科領(lǐng)域論文產(chǎn)出前20的國家進(jìn)行“學(xué)科指數(shù)”和“影響力指數(shù)”定量計算發(fā)現(xiàn)，我國的學(xué)科指數(shù)和影響力指數(shù)均最低，我國和意大利論文數(shù)量幾近相同，但學(xué)科指數(shù)只是后者的1/4，影響力約1/2，說明我國天文學(xué)發(fā)展尚待努力（表14）。為更好對比我國天文學(xué)科與其他學(xué)科的影響力指數(shù)情況，基于 ESI數(shù)據(jù)庫提供的近10年各國在22個領(lǐng)域方向的論文量、被引次數(shù)的統(tǒng)計信息，計算我國在數(shù)理學(xué)科的影響力指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，我國天文學(xué)科的影響力指數(shù)與物理、地學(xué)的影響力指數(shù)大致相同（表15）。

表14 天文領(lǐng)域主要國家學(xué)科指數(shù)和影響力指數(shù)情況Tab.14 Major Countries'Specialization Index and Influence Index in Astronomy

表15 基于ESI數(shù)據(jù)庫的我國數(shù)理學(xué)科的影響力指數(shù)情況Tab.15 Influence Index of Mathematics and Physics in China based on ESIDatabase

圖6為天文領(lǐng)域主要國家學(xué)科指數(shù)和影響力指數(shù)情況的可視化氣泡圖。圖中第一象限的國家在學(xué)科指數(shù)和影響力指數(shù)都高于全球平均水平，說明這些國家在天文學(xué)科的論文產(chǎn)出占比和被引次數(shù)都高于全球平均水平。歐美各國、亞洲的日本、大洋洲的澳大利亞均處于第一象限，說明這些國家在天文學(xué)科領(lǐng)域有較強(qiáng)的優(yōu)勢。除了俄羅斯，影響力指數(shù)與學(xué)科指數(shù)大體呈正比，我國天文學(xué)科影響力在Top20國家中最低與我國天文學(xué)體量太小不無關(guān)系。

圖6 天文領(lǐng)域主要國家學(xué)科指數(shù)和影響力指數(shù)情況Fig.6 Major Countries'Specialization Index and Influence Index in Astronomy

6 啟示與建議

1）我國急需自主建設(shè)一批大型天文觀測設(shè)施

天文學(xué)是以觀測為基礎(chǔ)的學(xué)科，高影響力的學(xué)術(shù)產(chǎn)出建立在一流的觀測設(shè)施基礎(chǔ)上。在2014—2019年的82篇前1‰高引用論文中，有61篇（74%）是基于天文大觀測設(shè)備第一手?jǐn)?shù)據(jù)的科學(xué)論文和技術(shù)方法論文。我國天文學(xué)者在論文產(chǎn)出規(guī)模方面已位居世界前列，但學(xué)術(shù)影響力仍低于世界平均水平，缺乏頂尖級的論文產(chǎn)出。我國急需自主建設(shè)一批世界一流的大型天文觀測設(shè)施，以便從根本上提高我國天文領(lǐng)域國際影響力。

2）我國天文領(lǐng)域需加強(qiáng)國際合作

國際合作是開展天文研究的主流趨勢，82篇前1‰高引用論文中有近50%論文（38篇）的合作國家超過10個。而我國天文論文的國際合作程度較低（31%），遠(yuǎn)低于歐美國的國際合作論文占比（普遍50%以上）。因此，我國天文領(lǐng)域應(yīng)加強(qiáng)國際合作，與國外天文機(jī)構(gòu)保持合作關(guān)系，參與天文領(lǐng)域國際合作項目，積極利用國外天文觀測設(shè)施開展天文研究，提升我國天文領(lǐng)域的國際合作水平。

3）我國應(yīng)重視美國在天文領(lǐng)域的研究動態(tài)

美國在天文學(xué)領(lǐng)域的產(chǎn)出規(guī)模和學(xué)術(shù)影響均占據(jù)絕對引領(lǐng)地位，全球1‰、1%和10%的高引用論文中，美國第一作者均貢獻(xiàn)了三分之一以上。近期，美國正在進(jìn)行的第7次天文學(xué)科十年規(guī)劃［8］將主導(dǎo)美國天文學(xué)科未來十年的發(fā)展，我國天文研究者及決策者應(yīng)對此保持關(guān)注，重視美國在天文領(lǐng)域的研究動態(tài)。

致謝在本文撰寫過程中，我們得到了中科院國家天文臺汪景琇院士和劉繼峰副臺長全程指導(dǎo)和幫助，并審閱了論文全文，在此深表感謝！在天文學(xué)科論文分類方面，我們曾得到了中科院文獻(xiàn)情報中心楊立英研究員的技術(shù)幫助和有益討論，得到了中科院國家天文臺溫亞媛博士和毛永娜博士的具體學(xué)科咨詢，在此一并表示衷心感謝！