3 kosmosa zinātnes jautājumi, uz kuriem skaitļošana palīdz atbildēt

Daniels Zenders

Kosmosa zinātniekiem vācot arvien vairāk datu, observatorijas visā pasaulē atrod jaunus veidus, kā pielietot superskaitļošanu, mākoņdatošanu un dziļo mācīšanos, lai izprastu to visu. Šeit ir daži piemēri, kā šīs tehnoloģijas maina veidu, kā astronomi pēta kosmosu.

Kas notiek, kad melnie caurumi saduras?

Kā pēcdoktorantūras students ASV, astrofiziķis Eli Huerta sāka domāt par to, kā tehnoloģija varētu palīdzēt gūt lielākus sasniegumus viņa jomā. Pēc tam pētnieki 2015. gadā pirmo reizi atklāja gravitācijas viļņus ar LIGO (Lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorija) .

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2021. gada novembra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Kopš tā laika zinātnieki ir apkopojuši šos novērojumus un centušies uzzināt visu iespējamo par šiem nenotveramajiem spēkiem. Viņi ir atklājuši vēl desmitiem gravitācijas viļņu signālu, un skaitļošanas sasniegumi palīdz viņiem sekot līdzi.

Būdams pēcdoktors, Huerta meklēja gravitācijas viļņus, nogurdinoši mēģinot saskaņot detektoru savāktos datus ar potenciālo viļņu formu katalogu. Viņš gribēja atrast labāku veidu.

Agrāk šajā gadā dārzeņu gabals , kurš tagad ir skaitļošanas zinātnieks Argonnas Nacionālajā laboratorijā netālu no Čikāgas, izveidoja AI ansamblis, kas spēj apstrādāt mēneša LIGO datus tikai septiņās minūtēs.

Viņa algoritmi, kas darbojas ar īpašiem procesoriem, ko sauc par GPU, apvieno mākslīgā intelekta un izkliedētās skaitļošanas sasniegumus. Izmantojot atsevišķus datorus vai tīklus, kas darbojas kā viena sistēma, Huerta var identificēt gravitācijas ziņā blīvas vietas, piemēram, melnos caurumus, kas, saplūstot, rada viļņus.

Huerta AI modeļu kolekcija ir atvērtā koda, kas nozīmē, ka ikviens var tos izmantot. Viņš saka, ka ne visiem ir pieejams superdators. Tas samazinās šķēršļus pētniekiem pieņemt un izmantot AI.

Kā ir mainījušās nakts debesis?

Lai arī kā astronomija ir paplašinājusies, mākoņdatošanas integrēšana šajā jomā ir bijusi lēna. Veras K. Rubīnas observatorija , kas pašlaik tiek būvēta Čīlē, kļūs par pirmo šāda mēroga astronomisko iestādi, kas ieviesīs mākoņdatošanas iekārtu.

Saistīts stāsts

Kā satelītu mega-zvaigznāji mainīs veidu, kā mēs izmantojam kosmosu Un, lai kur cilvēki dotos, viņi pavadīs satelītu zvaigznājus līdzi uz Mēnesi un Marsu.

Kad observatorija sāks darboties 2024. gadā, tās teleskopa uzņemtie dati kļūs pieejami kā daļa no Telpas un laika mantojums (LSST) projekts, kas izveidos tūkstošiem reižu lielāku katalogu nekā jebkurš iepriekš veikts nakts debesu apsekojums. Iepriekšējās aptaujas gandrīz vienmēr tika lejupielādētas un saglabātas lokāli, tāpēc astronomiem bija grūti piekļūt vienam otra darbam.

Mēs veidojam pilnas debess karti, saka Hsin-Fang Chiang , Rubin datu pārvaldības komandas loceklis. Un šajā procesā viņi veido milzīgu datu kopu, kas būs noderīga daudzām dažādām zinātnēm astronomijā.

Lai gan Chiang doktora grāds ir astronomijā, viņas sākotnējam pētījumam nebija nekāda sakara ar aptauju. Gadus vēlāk viņai bija iespēja iesaistīties, pateicoties projekta milzīgajam apjomam. Viņa lepojas, ka viņas darbs varētu uzlabot zinātnieku sadarbības veidu.

10 gadu projekts Mākonī nogādās 500 petabaitu datu un attēlu kopu, lai palīdzētu astronomiem atbildēt uz jautājumiem par Visuma uzbūvi un evolūciju.

10 gadu projekts nodrošinās 500 petabaitu datu un attēlu kopu mākonī.

Katrai pozīcijai debesīs mums būs vairāk nekā 800 attēlu, saka Čiangs. Varēja pat redzēt, kas notika pagātnē. Tas ir ļoti interesanti, jo īpaši attiecībā uz supernovām vai lietām, kas ļoti mainās.

Rubīnas observatorija katru nakti apstrādās un uzglabās 20 terabaitus datu, kartējot Piena ceļu un vietas aiz tā. Astronomi, kas ir saistīti ar projektu, varēs piekļūt šiem datiem un analizēt tos no jebkuras vietas izmantojot tīmekļa pārlūkprogrammu . Galu galā attēli, ko teleskops uzņem katru nakti, tiks pārvērsti tiešsaistes datubāzē ar zvaigznēm, galaktikām un citiem debess ķermeņiem.

Kā izskatījās agrīnais Visums?

Datortehnikas sasniegumi varētu palīdzēt astronomiem pagriezt atpakaļ kosmisko pulksteni. Šī gada sākumā japāņu astronomi izmantoja ATERUI II , superdators, kas specializējas astronomijas simulācijās, lai rekonstruētu, kā Visums varēja izskatīties jau Lielā sprādziena laikā.

ATERUI II palīdz pētniekiem izmeklēt kosmiskā inflācija - teorija, ka agrīnais Visums eksponenciāli paplašinājās no viena brīža uz nākamo. Astronomi piekrīt, ka šī izplešanās būtu atstājusi ārkārtējas vielas blīvuma atšķirības, kas būtu ietekmējušas gan galaktiku izplatību, gan to attīstības veidu.

Projektam ir nepieciešams milzīgs datu krātuves apjoms (apmēram 10 terabaiti, kas atbilst 22 000 Troņu spēles sērijām)

Salīdzinot 4000 agrīnā Visuma simulācijas — visas ar dažādām blīvuma svārstībām — pret reālo, zinātnieki varētu attīt laiku un jautāt, kāpēc dažās Visuma vietās valda kosmiska aktivitāte, bet citās ir neauglīgas.

Masato Širasaki, Japānas Nacionālās astronomijas observatorijas docents saka, ka uz šo jautājumu būtu gandrīz neiespējami atbildēt bez šīm simulācijām. Projektam ir nepieciešams milzīgs datu krātuves apjoms (apmēram 10 terabaiti, kas atbilst 22 000 sēriju Troņu spēles ).

Širasaki komanda izstrādāja modeli, kā domājams, ka Visums ir attīstījies, un izmantoja to katrai simulācijai, lai noskaidrotu, kurš rezultāts varētu būt vistuvākais tam, kā tas izskatās šodien. Šī metode atviegloja kosmiskās inflācijas fizikas izpēti.

Dažos nākamajos gados Širasaki metodes varētu palīdzēt saīsināt novērošanas laiku, kas vajadzīgs turpmākiem centieniem, piemēram SpherEx, divu gadu misija, kas paredzēta 2024. gadā un ietvers kosmosa kuģi, kas riņķos ap Zemi un skatīsies uz gandrīz 300 miljoniem galaktiku debesīs. Līdz ar šiem lēcieniem skaitļošanā mūsu izpratne par Visumu pamazām paplašinās.

paslēpties