كيف تعاون العلماء لإنشاء أول صورة في العالم للثقب الخلفي

في أبريل الماضي، اجتمع ائتلاف من مئات العلماء من جميع أنحاء العالم لتحقيق شيء كان يعتبر في السابق مستحيلاً: إنتاج أول صورة على الإطلاق لثقب أسودكجزء من مشروع Event Horizon Telescope (EHT).

جوناثان وينتروب هو مهندس كهربائي وعالم لعب دورًا رائدًا في تصميم الأجهزة الرقمية للمجموعة بأكملها، والذي شارك في EHT منذ بدايتها مراحل. تحدثت معه Digital Trends عن التحديات المتمثلة في الجمع بين العديد من الأشخاص والمؤسسات والتلسكوبات لتحقيق هدف واحد مشترك.

هذه المقالة جزء من سلسلتنا، الابتكار من خلال التعاون

التعاون هو القوة العظمى للإنسانية. لقد مكن من تحقيق بعض أهم التطورات التي شهدها العالم على الإطلاق، وفي هذه السلسلة، سنعرض بعض الأمثلة الأكثر روعة وإلهامًا للتعاون الذي يحدث بشكل صحيح الآن.

تحديث التلسكوبات لوظيفة جديدة

يتطلب المشروع استخدام ثمانية تلسكوبات مختلفة في ستة مواقع مختلفة. ومع ذلك، لم تكن هذه التلسكوبات مصممة خصيصًا لهذه المهمة، فقد أخذ وينتروب وزملاؤه التلسكوبات الموجودة وقاموا بتزويدها بمعدات جديدة لجعلها جزءًا من مجموعة عالمية.

كانت معظم التلسكوبات عبارة عن أطباق مكافئة مفردة، مثل تلسكوب القطب الجنوبي في القارة القطبية الجنوبية أو IRAM تلسكوب بطول 30 مترًا في إسبانيا، "يبدو مثل طبق القمر الصناعي الخاص بك لتلفزيونك، ولكنه أكبر"، حسبما قال وينتروب. شرح. قام الفريق بتركيب قطعتين من المعدات لكل طبق: أولاً، كانت هناك واجهة خلفية رقمية تتكون من محول تناظري إلى رقمي وجهاز كمبيوتر Linux بسعة تخزين تبلغ 256 تيرابايت لكل مسجل. تحتوي أربعة من هذه المسجلات لكل موقع على إجمالي 1.2 بيتابايت من البيانات.

ثانيًا، كانت هناك ساعة ذرية، حيث إن الطوابع الزمنية الدقيقة ضرورية للحصول على قراءات دقيقة عبر المصفوفة. وقال وينتروب: "إنها بحجم ثلاجة السكن، وتحتفظ بالوقت في حدود ثانية واحدة تقريبًا كل عشرة ملايين سنة".

كانت بعض التلسكوبات المعنية عبارة عن مصفوفات تتكون من أطباق متعددة، مثل مصفوفة دون المليمترية في هاواي أو مصفوفة أتاكاما المليمترية / تحت المليمترية الكبيرة في تشيلي. بالنسبة لمشروع EHT، يجب أن تعمل هذه المصفوفات كمحطة واحدة. وقد تضمن ذلك خطوة معالجة إضافية، كما أوضح وينتروب: "بدلاً من القيام بالمعالجة القياسية التي نقوم بها على ملف الإشارات، نقوم ببناء أداة خاصة تجمع مخرجات كل تلسكوب في المصفوفة وتقدم إشارة واحدة فقط الرقمنة."

مصادفة الطقس الجيد

بمجرد جمع البيانات في كل موقع تلسكوب، يتم إرسالها إلى موقع مركزي للمعالجة، إما في ماساتشوستس أو في بون، ألمانيا. لكن وينتروب قال: "إن 1.2 بيتابايت في كل محطة يعد كمية كبيرة جدًا من البيانات التي لا يمكن إرسالها عبر الإنترنت". "لذلك نقوم بتعبئة هذه الأقراص فعليًا في صندوق ونقوم بشحنها إلى موقع مركزي."

ومع ذلك، فقد شكلت أقراص التلسكوب الموجود في القطب الجنوبي تحديًا. "لا تخدم FedEx أو UPS القطب الجنوبي، وعندما نقوم بالمراقبة في أبريل، لن تكون هناك خدمة جوية. وبحلول أواخر شهر فبراير/شباط، قاموا بإغلاق الطائرات ولم يكن هناك سوى طاقم عمل صغير، يقوم بتعبئة الأقراص. ننتظر ستة أشهر قبل أن تصل الطائرة ونتولى القيادة. وانتهى بنا الأمر بالانتظار لمدة ستة أشهر للحصول على بيانات القطب الجنوبي.

كانت القضية العملية الأخرى هي الطقس في كل موقع. تعتبر التلسكوبات الراديوية عالية التردد، مثل تلك المستخدمة في مشروع EHT، حساسة للغاية للمياه الموجودة في الغلاف الجوي وتتطلب سماء صافية لتعمل بفعالية. ولهذا السبب تقع معظم التلسكوبات في مواقع عالية الارتفاع ذات أجواء جافة جدًا، مثل صحراء أتاكاما في تشيلي أو مونا كيا في هاواي. ومع ذلك، فإن المراقبة تتطلب طقسًا جيدًا في كل موقع. "إذا كنت تريد أن ينجح الأمر، فأنت بحاجة إلى أن يكون الطقس جيدًا في جميع المواقع. وهذا نادرا ما يحدث، كما اتضح.

لا تؤثر الظروف الجوية على العلم فحسب، بل على العلماء أيضًا. يجلب الارتفاع الشديد والرطوبة المنخفضة تحديات خاصة للأشخاص الذين يعملون في المواقع. "يوجد بخار ماء منخفض جدًا في أعلى الجبل. إنها مثل الصحراء. بشرتك تتشقق، وتحتاج إلى وضع حماية على شفتيك”. وعندما يتعلق الأمر بالارتفاع، «نحن على ارتفاعات تصل إلى 6000 متر. ويبلغ الضغط الجوي حوالي 60% منه عند مستوى سطح البحر. تصاب بمرض المرتفعات وتصاب بالصداع. وللتكيف مع الظروف، يتأقلم العلماء من خلال قضاء بضعة أيام على ارتفاعات متزايدة الارتفاع.

حشد الأشخاص والمنظمات

كان EHT مجرد واحد من العديد من المشاريع التي تتنافس على الوقت على التلسكوبات المختلفة. هناك فائض في الاشتراكات في التلسكوبات، مما يعني أن عددًا أكبر من المشاريع التي يتم التقدم لاستخدامها يفوق ما يمكن تخصيصه، لذلك قد يكون الحصول على الوقت اللازم لاستخدام هذه التلسكوبات أمرًا تنافسيًا. محاولة حشد الحكومات والمنظمات والعلماء لإتاحة الوقت لـ EHT في مختلف المجالات كانت التلسكوبات بمثابة "مسألة التواء الذراع"، خاصة قبل أن تتصدر نتيجة EHT التاريخية عناوين الأخبار 2019.

وهناك مسألة التنسيق بين عدد كبير من الأشخاص الذين يعيشون في بلدان مختلفة. إن الجوانب العملية لوجود باحثين يعيشون في مناطق زمنية من شرق آسيا إلى هاواي تعني أنه يكاد يكون من المستحيل العثور على وقت للالتقاء في المؤتمرات عن بعد. انتهى Weintroub بتنظيم نسختين من كل اجتماع عالمي، فقط حتى يتمكن الجميع من حضور أحدهما دون الاضطرار إلى الاستيقاظ في منتصف الليل.

التحديات الشخصية

هناك أيضًا الجانب الشخصي الذي يتم التغاضي عنه كثيرًا في العمل العلمي التعاوني. وقال وينتروب: "لقد تم تقديم الجمع بين كل هذه التلسكوبات كنموذج لبقية العالم من التعاون، لكنه تضمن مفاوضات معقدة". "من المؤكد أن هناك تحديًا عندما ينمو التعاون من مجموعة مكونة من 12 باحثًا إلى مجموعة تضم أكثر من 250 باحثًا. في إطار التعاون، هناك قدر معين من المنافسة الطبيعية والتنافس. يمكن أن يكون الأمر بمثابة تحد شخصي إلى حد ما."

في الأوساط العلمية، تنعكس المساهمات النسبية للمؤلفين في الأبحاث المنشورة بالترتيب الذي يتم به إدراج أسمائهم. لكن محاولة تحديد المساهمات الفردية لكل باحث في مثل هذا المشروع الضخم كانت مستحيلة في الأساس. كان بعض أعضاء الفريق يعملون في المشروع لمدة عقد من الزمن، بينما انضم آخرون فقط في السنوات القليلة الماضية. وهناك ضغوط هائلة على الباحثين، وخاصة أولئك الذين هم في بداية حياتهم المهنية، لإبراز أسمائهم بشكل بارز في المنشورات المهمة.

قال وينتروب: “كان هناك الكثير من الجدل حول التأليف”. في النهاية، في الأوراق الناتجة عن مشروع EHT، “يكون التأليف أبجديًا بحتًا. بعد أن أصبحت جزءًا من النقاش، كانت هذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكن القيام بها.

نتيجة رائعة

حقق كل هذا العمل والتنسيق نتيجة رائعة حقًا لأول صورة على الإطلاق لثقب أسود يقع في مجرة ​​ميسييه 87. وسيستمر مشروع EHT، مع انضمام المزيد من التلسكوبات إلى المشروع لتصوير المزيد من الثقوب السوداء بحساسية أكبر في المستقبل.

توصيات المحررين

• لقد التقطوا أول صورة للثقب الأسود في العالم. الآن يقومون بتصوير مقطع فيديو
• يريد علماء الفلك مساعدتكم في التعرف على آلاف الثقوب السوداء
• يبحث علماء الفلك في مجرات صغيرة لفهم تطور الثقوب السوداء
• أظهرت دراسة جديدة أن الكواكب يمكن أن تتشكل حول الثقوب السوداء الهائلة
• اكتشف علماء الفلك ثقبًا أسود "مستحيلا" في مجرتنا

ترقية نمط حياتكتساعد الاتجاهات الرقمية القراء على متابعة عالم التكنولوجيا سريع الخطى من خلال أحدث الأخبار ومراجعات المنتجات الممتعة والمقالات الافتتاحية الثاقبة ونظرات خاطفة فريدة من نوعها.