基于文献计量的天文学科发展态势分析*

魏 韧 郭世杰，2 樊潇潇 董 璐 李宜展 李泽霞**，，2

（1.中国科学院文献情报中心，北京 100190；2.中国科学院大学图书情报与档案管理系，北京 101407；3.中国科学院条件保障与财务局，北京 100864）

天文学是一门探索宇宙中天体起源、演化以及相关基本物理的基础学科［1］，研究对象包括宇宙中各种不同尺度的天体，包括太阳系内的恒星及其行星系统、星系和星系团，乃至整个宇宙的起源、结构和演化。太阳和太阳活动对于地球环境和人类活动有决定性的影响。对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，认知人类在宇宙中的地位。宇宙和生命的起源和演化是全人类共同关心的重大问题，不但具有重要的科学意义，而且对于人类的世界观也具有深刻影响。因此，天文学的成就是自然科学和人类文明的重要组成部分，各国都高度重视天文学科的发展规划。以美国为例，自1964年启动首个天文学科十年规划以来，至今50多年已连续开展6次天文学科十年规划，美国大型天文观测设施均出自该系列规划。

我国高度重视天文学科的发展，将之作为《国家中长期科学和技术发展规划》重点发展的六大基础学科之一。2019年6月，国家自然科学基金委面向国家中长期及“十四五”发展规划［2］，启动了天文学科的发展战略研究，其中包括评估我国当前天文学科的发展现状情况。文献计量是定量开展学科评价的常用方法［3-5］，第三方机构可以从科技文献本身入手，通过设计分析指标，量化分析学科发展现状。为了定量分析我国天文学科发展现状和国际地位，进而为我国天文学科十四五规划提供决策依据。本文从产出规模、学科布局、学术影响、第一作者国家、学科指数与影响力指数等角度梳理了天文学领域的文献产出情况，供国内天文学者和管理决策者定量了解我国天文学科发展现状时参考。

1 产出规模

1.1 年代分布

2014—2019年，天文学科领域共计产出研究论文82123篇，从2014年的12701篇增长到2019年的14653篇，累计论文量增幅12.7%，年均论文量增幅2.01%（图1）。

图1 天文学科领域论文产出的年代分布情况Fig.1 Chronological Distribution of Papers in the Field of Astronomy

1.2 国家分布

2014—2019年，6大洲140个国家在天文学科领域有科研论文产出。在论文量的国家排名中，美国以39133篇位居第一，欧洲的英国（17546篇）、德国（17288篇）、法国（12076篇）紧随其后。再次是中国（9814篇）、意大利（9810篇）、西班牙（7933篇）、日本（7049篇）、澳大利亚（6378篇）和荷兰（6378篇），中国位于第5位（图2）。

图2 天文学科领域论文产出TOP15的国家分布情况Fig.2 Distribution of Top 15 Countries in the Output of Papers in the Field of Astronomy

中国在2014—2019这六年的论文产出有较快增长，从2014年的1259篇增长到2019年的2192篇，累计增长74.1%，年均增长9.68%，是世界平均年增幅的4.8倍。图3对比了中国与美国、德国、日本、印度在天文学科领域论文产出的年代趋势情况，可以看到美国保持年均论文产出6000篇以上，是中国的近4倍，保持绝对优势。在中国、日本和印度三个亚洲国家中，中国的论文产出一直保持第一，并在逐渐拉开差距。

图3 美德日中印5国论文产出年度趋势Fig.3 Annual Trend of Paper Output in USA，Germany，Japan，China and India

按洲际地域进行统计发现，欧洲以50881篇居于首位，北美洲（42104篇）居次，亚洲（26220篇）居第3（图4）。亚洲论文产出增长较快，从2014年的3822篇增长到2019年的5064篇，累计增长32.5%，年均增长4.8%，是世界年均增幅的2.4倍。

图4 天文学科领域6大洲论文产出年度分布情况Fig.4 Annual Distribution of Paper Output in the Field of Astronomy in 6 Continents

2 学科布局

对天文学科六大子学科进行统计发现，“星系和宇宙学”（32197篇，39.4%）与“银河系和恒星”（20651篇，25.3%）两个子学科的论文产出总量占整个天文学论文产出的60%以上，其次是太阳系和系外行星系统（10721篇，13.1%）、太阳物理（10115篇，12.4%）、天文技术方法和仪器（5078篇，6.2%）、基本天文（2875篇，3.5%）（表1）。

2.1 天文学科领域子学科时间趋势分析

在过去5年里，“星系和宇宙学”和“银河系和恒星”学科的论文产出保持稳定增长，进入成熟发展阶段（表1）；“天文技术方法和仪器”学科的论文产出迅速增长，增幅近1.17倍，因新的理论、技术、工艺、方法等因素进入快速发展阶段；“太阳系和系外行星系统”学科的论文产出有较大波动，由空间任务驱动有关，如开普勒太空望远镜退役等因素都可能会产生影响；“太阳物理”学科在2017年的论文产出有大幅增长，相较2016年增长四分之一以上，与2017年较强的太阳活动不无关系，如2017年9月7日爆发有史以来最强太阳耀斑。

本文选取2015～2016年月度数据。数据主要由广西统计局、广西外汇管理局公布并通过计算得出。另外，为消除异方差对模型结果的影响，本文对样本数据都进行对数化处理，分别用ln（crmb）、ln（ix）及ln（ex）表示广西跨境人民币结算量、当年累计进口额及当年累计出口额。本文主要采用Eviews计量软件进行实证分析和验证广西跨境人民币与东盟贸易的相互关系。

表1 天文学科领域子学科方向论文产出年度分布情况Tab.1 Annual Distribution of Papers in the Sub-discipline of Astronomy

2.2 天文学科领域子学科国家地域分布分析

“星系和宇宙学”和“银河系和恒星”学科在各国天文学科论文产出中占了较大比重，各国都比较重视该学科的科学研究（表2）。对比其他国家，中国在“太阳物理”和“基本天文”领域的学科比重分别为为15.81%和10.62%，高于美德英法等国，显示出中国在这两个领域的研究比较活跃。同时，中国在“太阳系和系外行星系统”领域的论文产出占比为9.2%，已接近部分欧美国家，与我国近年来以嫦娥系列卫星为代表为空间探测任务密不可分。

表2 天文学科领域子学科论文产出国家分布情况Tab.2 National Distribution of Sub-discipline Papers in the Field of Astronomy

3 学术影响

3.1 天文学科领域子学科前1‰高引用论文分析

从2014—2019年天文学科领域的82123篇论文中逐年筛选当年前1‰高引用论文，共计82篇，其中43篇涉及星系和宇宙学，11篇涉及银河系和恒星（表3）。在这82篇论文中，共有1570位美国天文学者参与了其中71篇（86.6%），其中美国作为第一作者国家的有45篇（54.9%），显示出美国学者在天文领域的绝对引领地位（表4）。

表3 天文学科领域子学科前1‰高引用论文学科分布Tab.3 Distribution of Top 1‰Highly Cited Papers in the Field of Astronomy

表4 天文学科领域前1‰高引用论文前20国家/地区分布Tab.4 TOP 20 National/Regional Distribution of Top 1‰Highly Cited Papers in Astronomy

此外，82篇1‰高引用论文中，有近50%论文（38篇）的合作国家超过10个，侧面说明参与多国国际合作是产生重要天文发现的显著特征，我国学者也受益于此，参与了其中28篇论文，涉及SDSS-III的重子振荡光谱巡天、SDSS-IV的MaNGA巡天、Gaia巡天、GW170817与GW170608引力波观测、Sloan数字巡天等研究内容。但目前我国天文学者仍没有以第一作者产出前1‰高引用论文。

3.2 天文学科领域子学科前1%高引用论文分析

从2014—2019年天文学科领域的82123篇论文中逐年筛选了当年前1%高引用论文，共计814篇，主要集中在星系和宇宙学（表5）。在这814篇论文中，共有5931位美国天文学者共参与了656篇（80.6%），其中美国作为第一作者国家的有358篇（44.0%）（表6）。前1‰和前1%的论文产出中，美国均参与80%以上的产出，且第一作者产出均占比44%以上，足见美国学者引领着天文学科的发展。我国天文研究者及决策者应高度关注美国的天文研究动态。

表5 天文学科领域前1%高引用论文学科分布Tab.5 Distribution of Top 1% Highly Cited Papers in Astronomy

表6 天文学科领域前1%高引用论文前20国家/地区分布Tab.6 TOP 20 National/Regional Distribution of Top 1% Highly Cited Papers in Astronomy

301位中国天文学者参与了107篇1%高引用论文的产出，其中以第一作者身份产出了10篇，相较2009—2013年仅2篇第一作者论文，显示中国天文学者近年开始在国际舞台崭露头角。此外，这10篇论文中，有2篇发表在我国自主期刊《天文和天体物理学研究》（ResearchinAstronomyandAstrophysics，RAA）上，说明我国天文期刊的国际影响力和话语权在逐渐提高。

3.3 天文学科领域子学科前10%高引用论文分析

从2014—2019年天文学科领域的82123篇论文中逐年筛选当年前10%高引用论文，共计8134篇（表7）。在这8134篇论文中，共有29121位美国天文学者参与了5553篇论文的产出，美国作为第一作者国家的论文有2915篇；1723位中国学者参与了752篇论文的产出，中国作为第一作者国家的论文有249篇（表8），遴选基准被引次数如表9所示。

表7 天文学科领域前10%高引用论文学科分布Tab.7 Distribution of Top 10% Highly Cited Papers in Astronomy

表8 天文学科领域前10%高引用论文前20国家分布Tab.8 TOP 20 National Distribution of Top 10% Highly Cited Papers in Astronomy

从中国学者作为第一作者的天文学科前10%高引用论文的年代分布可以看到，其高影响力论文保持高速增长（表9）；从其学科分布则可以发现，星系和宇宙学、银河系和恒星学科占比较高，两者合计约占近70%（表10）；从研究机构分布来看，中国科学院产出了113篇近45%的论文，其次是北京大学（38篇）、南京大学（20篇）、中国科学技术大学（11篇）和北京师范大学（10篇）（表11）。在中国科学院作为第一机构产出的113篇10%高引用论文中，国家天文台（北京）产出36篇，其次是紫金山天文台（22篇）、云南天文台（17篇）和上海天文台（16篇）（表12）。

表9 中国学者参与的前10%论文被引次数遴选基准Tab.9 Selection Criteria for Citation of Top 10% Papers with Chinese Author

表10 中国学者参与的前10%论文的学科分布Tab.10 Subject Distribution of Top 10% Paperswith Chinese Author

表11 中国学者参与的10%高引用论文国内研究机构分布情况Tab.11 Top 10% Highly Cited Papers Distribution of Domestic Research Institutions with Chinese Author

表12 10%高引用论文中中国科学院下属研究机构的分布情况Tab.12 Distribution of Research Institutions of CAS with 10% Highly Cited Papers

4 第一作者国家分析

TOP15第一作者国家分布如图5所示，美国学者以21300篇的第一作者论文产出居于绝对领先地位，中国学者居第2位。其中，中国天文学者的论文国际合作百分比相对较低（表13）。

图5 TOP15第一作者国家分布情况Fig.5 Distribution of Top 15 First Author Countries

表13 TOP15第一作者国家的国际合作情况Tab.13 International Cooperation of Top 15 First Author Countries

5 天文学科领域学科指数与影响力指数分析

学科指数（Specialization Index，SI）是指对于某国而言，特定学科的论文数量占本国全部论文数量的相对比例，是利用研究规模测度特定学科在某国相对地位的指标［7］，计算公式如下：

其中，Pfi为某国在某领域发表的论文数；Pi为某国的全部论文数；Pfw为世界某领域的论文数；Pw为世界的全部论文数。

SI＞1，表示某国在某领域的论文产出比重水平高于世界平均水平，说明某国在该领域的学术活动相较其他领域更为活跃，在该领域更具学术优势地位；SI＜1，表示某国在某领域的论文产出比重低于世界平均水平。

影响力指数（Influence Index，II）是指对于某国而言，特定学科的篇均被引频次与该学科世界篇均被引频次的比值，是测度某国特定学科相对学术影响力的指标，计算公式如下：

式中，CPPfi为某国在某领域的篇均引文；CPPfw为某领域世界的篇均引文。

II＞1，说明某国在某领域的篇均引文水平超过世界平均值；II＜1，表示某国在某领域的篇均引文低于世界平均值。

对天文学科领域论文产出前20的国家进行“学科指数”和“影响力指数”定量计算发现，我国的学科指数和影响力指数均最低，我国和意大利论文数量几近相同，但学科指数只是后者的1/4，影响力约1/2，说明我国天文学发展尚待努力（表14）。为更好对比我国天文学科与其他学科的影响力指数情况，基于 ESI数据库提供的近10年各国在22个领域方向的论文量、被引次数的统计信息，计算我国在数理学科的影响力指数可以发现，我国天文学科的影响力指数与物理、地学的影响力指数大致相同（表15）。

表14 天文领域主要国家学科指数和影响力指数情况Tab.14 Major Countries'Specialization Index and Influence Index in Astronomy

表15 基于ESI数据库的我国数理学科的影响力指数情况Tab.15 Influence Index of Mathematics and Physics in China based on ESIDatabase

图6为天文领域主要国家学科指数和影响力指数情况的可视化气泡图。图中第一象限的国家在学科指数和影响力指数都高于全球平均水平，说明这些国家在天文学科的论文产出占比和被引次数都高于全球平均水平。欧美各国、亚洲的日本、大洋洲的澳大利亚均处于第一象限，说明这些国家在天文学科领域有较强的优势。除了俄罗斯，影响力指数与学科指数大体呈正比，我国天文学科影响力在Top20国家中最低与我国天文学体量太小不无关系。

图6 天文领域主要国家学科指数和影响力指数情况Fig.6 Major Countries'Specialization Index and Influence Index in Astronomy

6 启示与建议

1）我国急需自主建设一批大型天文观测设施

天文学是以观测为基础的学科，高影响力的学术产出建立在一流的观测设施基础上。在2014—2019年的82篇前1‰高引用论文中，有61篇（74%）是基于天文大观测设备第一手数据的科学论文和技术方法论文。我国天文学者在论文产出规模方面已位居世界前列，但学术影响力仍低于世界平均水平，缺乏顶尖级的论文产出。我国急需自主建设一批世界一流的大型天文观测设施，以便从根本上提高我国天文领域国际影响力。

2）我国天文领域需加强国际合作

国际合作是开展天文研究的主流趋势，82篇前1‰高引用论文中有近50%论文（38篇）的合作国家超过10个。而我国天文论文的国际合作程度较低（31%），远低于欧美国的国际合作论文占比（普遍50%以上）。因此，我国天文领域应加强国际合作，与国外天文机构保持合作关系，参与天文领域国际合作项目，积极利用国外天文观测设施开展天文研究，提升我国天文领域的国际合作水平。

3）我国应重视美国在天文领域的研究动态

美国在天文学领域的产出规模和学术影响均占据绝对引领地位，全球1‰、1%和10%的高引用论文中，美国第一作者均贡献了三分之一以上。近期，美国正在进行的第7次天文学科十年规划［8］将主导美国天文学科未来十年的发展，我国天文研究者及决策者应对此保持关注，重视美国在天文领域的研究动态。

致谢在本文撰写过程中，我们得到了中科院国家天文台汪景琇院士和刘继峰副台长全程指导和帮助，并审阅了论文全文，在此深表感谢！在天文学科论文分类方面，我们曾得到了中科院文献情报中心杨立英研究员的技术帮助和有益讨论，得到了中科院国家天文台温亚媛博士和毛永娜博士的具体学科咨询，在此一并表示衷心感谢！