数据如何将宇宙发现带回地球

可能是几十年来空间中最庆祝的形象,在过去几个月内广泛覆盖,已于去年发布。它被称为第一个曾经的形象黑洞。在地球上捕获了5500万光年,在梅塞尔87(M87)银河系中,黑洞图像不仅提供了真正的宇宙未知的瞥见,而且提供了帮助验证许多科学理论 - 例如进一步证实爱因斯坦的一般相对论理论。

这是一张全球影响的照片,由科学家和政府机构讨论了次年 - 但它根本不是照片。至少不是照片,本身。研究空间的一个挑战是许多天体物体 - 和黑洞,定义 - 是可疑的。在去年的一些故事中,媒体对较小程度来说也提到了这一点,注意到通过收集除光以外的数据来生成图像。

但是,在今天的数据时代,数据可能比我们直觉上认为的要强大得多(“我们可以使用新的数据看到以前看不到的东西”),这是一个特别令人信服的观点边界的本身,数据的生成和各种数据的可用性,以不断增加的速度扩展。

数据科学和数据管理促成了这一突破,而数据每天都在许多领域促成新的突破。数据可以让科学家“看到”无法看到的东西。它正在帮助他们在广阔的宇宙中,以及在地球上,推动前所未有的发现。如何?对黑洞图像如何形成的深入研究提供了一个最好的例子。

数据穿透了天幕

黑洞,也被称为奇点,是一种引力下陷洞,其力量如此强大以至于光不能逃脱。(要了解这种力量,可以想想我们的太阳,它把我们整个太阳系保持在引力轨道上,其质量是M87黑洞质量的65亿分之一)。在没有光线的情况下,是无图。然而,值得注意的是,数据让我们能够“看到”M87黑洞。方法是这样的:大量的数据,半吨价值的硬盘 - 由无线电望远镜收集,由超级计算机处理尖端算法合成了一个近30万亿英里外物体的最终渲染图。

这一努力本身就具有巨大的广度。

虽然黑洞是无法直接看到的,但被拉入黑洞周围轨道的巨大过热气体和宇宙尘埃却可以直接看到。这被称为吸积盘,它形成了明亮的光环状“火环”,围绕在M87图像中的黑暗阴影周围。虽然这个阴影是由光在视界上弯曲而产生的,但在无法返回的引力点上,吸积盘本身就异常明亮。它会发射高频无线电波,虽然人眼看不见,但地球上的射电望远镜可以探测到。

输入活动Horizo​​ n Telescope.(过去)。EHT是一个由8个同步射电望远镜组成的行星阵列,分布在亚利桑那州、西班牙和南极洲的各个地方。通过结合这些仪器,EHT实际上创建了一个碟形望远镜地球本身的大小

在2017年的7天里,科学家们将EHT的集体视野固定在了M87上。在这个过程中,望远镜收集了惊人的5拍字节的光数据。从这个角度来看,如果一个字节是一个铺在地上的2 × 2英尺的块,那么一个pb字节就是覆盖整个地球。这5拍字节的EHT数据太大了无法传播在互联网上。相反,数百个物理硬盘 - 重量为半吨 - 必须由飞机飞行到马萨诸塞州和德国的超级计算中心。

把光线闪耀到一个黑洞

此外,渲染M87黑洞的图像比简单地上传数据更复杂。虽然地球的尺寸,但EHT只能收集黑洞发出的光线的小分数,从轻微的距离。这意味着科学家的数据集大多是不完整的,就像一个缺少所有碎片的拼图游戏。这使得难以构建一种准确的图像 - 科学家们甚至不知道最终结果应该是什么样的。

“由于我们的测量数据非常稀疏,所以可能会有无限多的图像可以与数据匹配,”马萨诸塞州剑桥市天体物理中心的研究员林迪·布莱克本(Lindy Blackburn)说。他曾参与EHT项目FiveThirtyEight

然而,数据分析允许科学家们在准确的描述中磨练。为了解决挑战,每个独立科学家的四个团队都开发出完全是新的,尖端算法这可以将大规模数据库缓存合成到最终图像 - 裁定结果,这是物理上难以置疑的,并且有利于那些提供简单的人,因此更有可能的解释。

最后,算法产生了类似的,但结果略有不同,结果是Fivethirtyeight。这就是为什么最终的M87图像出现模糊:科学家们保守了包括更多粒度细节,因为即使在他们身边的超级计算的电力,对黑洞的真实相似性的不确定性也仍然存在。

但令人惊讶的是,对科学家来说,M87拍摄的最后一幕看起来非常熟悉。“在我看来,关于这张照片最令人惊讶的事情是,它并不是非常令人惊讶,”他说AVI Loeb.他是哈佛黑洞计划的创始主任。

虽然Loeb没有在EHT项目上工作,但在2009年,他设计了计算机模型预测M87可能看起来像什么。那些预测,虽然分辨率更高,但几乎完美地匹配了最终的M87图像。

数据及其庞大的距离

数据的力量是允许科学家不仅预测外层空间中的发现,而且还可以在自己的实验室中确认这些数据分析工具的发现。M87黑洞的形象提供了这种戏剧性的戏剧性示例,其中一个其他电力的动作,一个让世界Starstruck的一个。但数据也在帮助科学家在太空中解决其他批判性奥秘发现小行星在可能与地球相撞的轨道上,或者在宇宙的"大多数发光爆炸,或探索太阳系发现系外行星这可能涉及生命的条件,类似于我们家庭星球上的条件。

这些数据驱动技术在地球上有其他影响。帮助科学家“看到”M87黑洞的成像技术可能会有未来的应用对于MRI诊断扫描等事情,甚至是自驾车。当科学家使用数据来推动宇宙发现时,他们的工具通常通过人类社区扩散。来自美国宇航局的韦伯望远镜,继承人的哈勃太空望远镜的继任者,即将成为天体调查的旗舰的技术,正在被医生使用改善患者的视力

太空中的大多数事情都很远。通过帮助我们进一步进入宇宙,数据正在将突破性的发现带回地球 - 而且反过来,帮助科学家使用数据来建立更美好的世界。

2020-07-02T12:15:24 + 00:00

关于作者:

约翰•保尔森的
John Paulsen是一个“良好”倡导者的数据,在数据存储行业近20年。他帮助推出了许多行业,包括HAMR技术,10k-RPM和15K-RPM硬盘,设计专为视频和游戏,串行ATA驱动器,流体动态硬盘电机,60TB SSD和Mach2多执行器技术而设计的驱动器。