当你睡觉时，科学家将使用太空望远镜观察迁徙的鸟类

四月底，或者春天开始解冻的时候，一场大迁徙开始了。成千上万只鸣禽踏上征程，但你看不到它们中的大多数。它们在黑暗中飞行，以尽可能多地躲避捕食者，同时也躲避试图研究它们的人类。

因此，尽管全世界 10,000 种鸟类中有 4,000 种每晚都会飞过我们的头顶，但科学家们仍在努力解答一些基本问题。鸟类何时决定迁徙？迁徙有多危险？光污染和气候变化等人为因素如何影响鸟类迁徙？

在迁徙研究的大部分历史中，鸟类学家必须前往野外观测站，在鸟类停下来时捕捉并标记它们。单个种群的研究数据需要花费数年时间才能重新捕获标记的鸟类。随着公民科学的蓬勃发展，鸟类学家招募志愿者来帮助统计他们的研究对象，然后雷达让研究人员能够追踪空中的鸟类，但即便如此，研究仍然十分艰巨。

“我们现在在更大的范围内学习。甚至在十年前，如果你想研究某件事，你就必须自己出去收集数据，”康涅狄格大学的鸟类学家摩根·廷利说。“我认为二十年后，鸟类学家可能随时都能很好地了解大多数物种的生存地点和它们的行为。”

鸟类学家不再通过孤立的研究来追踪单个物种，而是将目光投向了一种新工具：国际空间站上的射电望远镜模块，它可以从太空边缘追踪鸟类的季节性迁徙。

这项任务名为 ICARUS，即国际空间动物研究合作计划，之所以这样命名，是因为该团队认为它不太可能真正实现——该项目可能永远不会成功，但他们还是会尝试给它插上翅膀。目前计划于 8 月投入运营。该项目以及新的无线电标签围栏、雷达跟踪的人工智能分析以及研究数据的共享将有助于将不同规模的迁徙研究（跟踪单个鸟类、研究特定种群和观察全球迁徙）连接成一个单一的、有凝聚力的画面。

在它们的大部分历史中，候鸟每年春天的迁徙路线都大体相同：它们会从过冬的南部地区飞到北方的繁殖地。白冠麻雀从墨西哥迁徙到加拿大北部，金翅莺最近被发现从委内瑞拉一直迁徙到阿巴拉契亚山脉。但和许多长途迁徙的鸟类一样，金翅莺的数量正在急剧下降——自 1966 年以来，它们的数量已经下降了 68%。

候鸟繁殖地或越冬地的栖息地退化对候鸟数量下降产生了影响，至少是造成这种下降的部分原因。还有大量研究表明，光污染会使鸟类迷失方向，尤其是夜间迁徙的鸟类。鸟类抵达和春天到来的时间也在迅速变化，这在很大程度上是由于全球变暖的压力，研究人员正在努力跟上这一变化。

廷利观察到了繁殖地新植物生长时间和鸟类抵达时间之间的新发现差异。“鸟类抵达得更早，春天也来得更早，但这些事情发生的速度不同，”廷利说。廷利说，目前尚不清楚这对大规模迁徙鸟类有何影响，他的团队目前正在研究单个种群，试图确定这一点。

《秃鹫》杂志最近的一项研究为廷利的发现提供了一些线索。研究人员在 1987 年至 2008 年期间记录了五种候鸟在北加州一个野外站的抵达日期。他们发现，短距离迁徙的鸟类，如太平洋斜纹霸鹟、威尔逊莺和橙冠莺，更能适应每年的天气状况。它们每个季节的抵达时间都有很大差异。相比之下，从墨西哥和南美洲安第斯山脉迁徙而来的物种，如斯温氏画眉和黄莺，在他们收集的 22 年数据中对年度变化没有反应。无论天气如何，这些鸟每年都会在同一天出现。

“这实际上是许多研究中发现的一种模式，”挪威自然研究所高级研究员 Brett Sandercock 说道，他与合著者 Gina Barton 共同进行了这项研究。他表示，短距离迁徙的鸟类在面对气候变化时往往更加灵活和适应性强。长距离迁徙的鸟类数量正在减少，以至于他说鸟类学会议可能会让人有点沮丧，因为会议中不断重复着“我的研究物种一直在减少”。但 Sandercock 认为大数据是一种以更有意义的方式帮助指导保护工作的方法。

今年春天，康奈尔鸟类学实验室推出了名为 BirdCast 的实时迁徙地图（如上图所示，于 2018 年 5 月 17 日录制，由康奈尔鸟类学实验室提供），该地图使用雷达跟踪鸟类的飞行，并允许研究人员实时跟踪迁徙。

“BirdCast 的工作，特别是我们今年春天发布的，这种方法实际上已经酝酿了 20 年，”康奈尔鸟类学实验室信息科学项目的研究员 Andrew Farnsworth 说。在 90 年代，需要数周时间才能将几个晚上的数据转化为可用数据。Farnsworth 说，现代计算机和机器学习使他们能够分析 20 年的存档数据，以制作迁徙预测图。“基本上在雷达探测到它们所探测到的东西 10 或 15 分钟后，我们运行这些算法来提取鸟类信息，然后将其呈现出来。”

雷达可以让研究人员看到鸟类迁徙的规模，通常在南风吹拂的夜晚达到顶峰，但雷达还不足以详细识别迁徙的鸟类种类。要做到这一点，你需要在跋涉途中倾听。

“我有几个麦克风安装在建筑屋顶上，”克利夫兰自然历史博物馆鸟类学实验室的研究员劳拉·古奇说。“许多在夜间迁徙的鸟类在飞行时会发出声音。”

麦克风可以拾取 Gooch 所说的农村地面上可以听到的细微噪音，如果你仔细听的话。Gooch 说，即便如此，如果没有麦克风来隔离最细微的声音，你很可能听到画眉或鹪鹩的叫声，而听不到几乎无法察觉的麻雀的叫声。

Gooch 可以在声谱图（声音的视觉描述）上辨别出不同鸟类叫声的独特形状。她是少数鸟类学家之一，他们记录了夜间的空气并能识别这些鸣叫声，通常可以精确到物种。有些鸟类，比如红尾鸲，非常独特，而其他一些则被贴上“双带”等组名，这是对声谱图上叫声的描述，Gooch 说。“还有另一类莺类，一整组——黑顶莺、布莱克本莺，某种程度上是木兰莺——被称为“zeep”莺，很难区分它们”（您可以在下面听到一段以 50% 速度播放的 zeep 声音录音，由 Laura Gooch 提供）

尽管她拥有多年的数据，但 Gooch 还是需要花费数小时来整理和识别处于迁徙高峰期的所有鸟类。仅在她的一个站点，就有超过 600 只麻雀和莺的鸣叫声，而有一天晚上，她听到了 4,700 只画眉和鹪鹩的鸣叫声。“我有很多数据没有分析，因为我没有时间分析它们，”Gooch 说。“我希望自动分析能够成为现实，然后这些数据就会派上用场。”

在康奈尔鸟类学实验室，法恩斯沃思正在努力开发一个可以做到这一点的机器学习程序。他希望在未来一年半内，至少能对北美的少数几种鸟类做出一些研究。随着鸟类学家能够收集越来越多的数据，这样的技术只会变得越来越重要。

“技术微型化，尤其是电池的微型化，目前正在引领地理定位器尺寸的革命，”Tingley 说。新的微型地理定位器可以通过记录光线的水平和角度来记录鸟类每天开始和结束时的位置。这让生物学家大致了解鸟类的迁徙方式。目前，问题在于必须重新捕获鸟类才能从标签中获取信息。

但为了解决这个问题，一个国际无线电塔网络正在兴起。加拿大鸟类研究中心的 MOTUS 项目使用纳米标签传输独特的无线电信号来追踪全球迁徙的鸟类（上图为 2014 年至 2016 年追踪红腹滨鹬的场景，由加拿大鸟类研究中心的 MOTUS 野生动物追踪系统提供，并由合作者提供）。

“这是一个高度协作的网络，因此，如果我给一只鸟贴上标签，它飞过别人的无线电塔，我就能获得这些数据，”MOTUS 网络的数据技术员兼协调员 Zoe Crysler 解释道。“因此，我不再依赖我能负担得起的五座塔，而是可以访问北美、南美、欧洲和澳大利亚各地的电台，这些电台也正在启动一个网络。这确实是纳米标签的好处。”

所有这些技术——纳米标签、实时雷达、夜间噪音——都有望为最终的大局提供信息。“这就是老射电天文学家乔治·斯文森告诉我们的，”马克斯·普朗克鸟类研究所的鸟类学家马丁·维克尔斯基说。“我们有这张宇宙地图，知道恒星消失的区域以及恒星的诞生和死亡。但我们没有地球的地图。我们不知道哪里是生命的天坑，哪里是繁盛的地区。”

这正是 ICARUS 的作用所在。这架射电望远镜将从国际空间站向地球发射信号，并接收迁徙动物的地理定位器。ICARUS 的第一部分已经安装在国际空间站上，最后一次太空行走将启动无线电天线，计划于今年 8 月进行。“我们驾驶 ICARUS 飞行，距离太阳并不近，它位于低地球轨道，所以这很好，”维克尔斯基笑着说。“我们最终将为 ICARUS 装上翅膀。”

在公民科学家的持续帮助下，维克尔斯基和他的同事们希望他们的研究最终能够取得成功。公民科学家可能很快就会在鸟类身上安装微型健身追踪器。维克尔斯基说：“我们希望从当地规模和当地活动出发，并将生物多样性与之联系起来。我们希望将所有这些联系在一起。这可能真的会改变我们对生态学的理解。”