Kuidas teadlased tegid koostööd, et luua maailma esimene tagaaugu kujutis

Möödunud aasta aprillis tuli kokku sadade teadlaste koalitsioon üle maailma, et saavutada midagi, mida varem peeti võimatuks: esimene pilt mustast august, osana Event Horizon Telescope (EHT) projektist.

Jonathan Weintroub on elektriinsener ja teadlane, kes mängis selle disainis juhtivat rolli digitaalsed mõõteriistad kogu massiivi jaoks ja kes on EHT-ga seotud olnud selle algusest peale etapid. Digital Trends rääkis temaga väljakutsetest, mis on seotud nii paljude inimeste, institutsioonide ja teleskoopide ühendamisega ühe ühise eesmärgiga.

See artikkel on osa meie sarjast Innovation through Collaboration

Koostöö on inimkonna superjõud. See on võimaldanud mõningaid olulisimaid edusamme, mida maailm on kunagi näinud, ja selles sarjas tutvustame mõningaid kõige uskumatumaid ja inspireerivamaid näiteid koostööst nüüd.

Teleskoopide moderniseerimine uue funktsiooni jaoks

Projekt eeldas kaheksa erineva teleskoobi kasutamist kuues erinevas kohas. Need teleskoobid ei olnud selle ülesande jaoks eritellimusel valmistatud – Weintroub ja tema kolleegid võtsid olemasolevad teleskoobid ja varustasid need uute seadmetega, et muuta need osaks globaalsest massiivist.

Enamik teleskoope olid üksikud paraboolsed nõud, näiteks Antarktika lõunapooluse teleskoop või IRAM 30-meetrine teleskoop Hispaanias, "et nad näeksid välja nagu teie televiisori jaoks mõeldud satelliitantenn, kuid suuremad," Weintroub selgitas. Meeskond paigaldas igale taldrikule kaks varustust: esiteks oli digitaalne taustaprogramm, mis koosnes analoog-digitaalmuundurist ja Linuxi arvutist, millel oli 256 terabaiti salvestusruumi iga salvesti kohta. Neli neist salvestitest saidi kohta sisaldasid kokku 1,2 petabaiti andmeid.

Teiseks oli aatomkell, kuna täpsed ajatemplid on massiivi täpsete näitude saamiseks hädavajalikud. "See on ühiselamu külmiku suurune ja see hoiab aega umbes sekundi täpsusega iga kümne miljoni aasta järel," ütles Weintroub.

Mõned kaasatud teleskoobid olid mitmest taldrikust koosnevad massiivid, näiteks Submillimeter Array Hawaiil või Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array Tšiilis. EHT projekti jaoks peavad need massiivid toimima ühe jaamana. See hõlmas täiendavat töötlemisetappi, nagu Weintroub selgitas: „Selle asemel, et teha standardset töötlemist, mida me teeme signaale, ehitame spetsiaalse instrumendi, mis summeerib iga massiivi teleskoobi väljundi ja esitab ainult ühe signaali digiteerimine."

Hea ilma kokkusattumus

Kui andmed on igas teleskoobi asukohas kogutud, saadeti need töötlemiseks kesksesse asukohta, kas Massachusettsis või Saksamaal Bonnis. Kuid "1,2 petabaiti igas jaamas on Interneti kaudu saatmiseks liiga palju andmeid," ütles Weintroub. "Seega pakime need kettad füüsiliselt kasti ja saadame need kesksesse asukohta."

Lõunapooluse teleskoobi kettad osutusid aga väljakutseks. „Ei FedEx ega UPS ei teeninda lõunapoolust ja kui me aprillis vaatluse teeme, siis lennuteenust pole. Veebruari lõpuks panid nad lennukid kinni ja seal on vaid luustikupersonal, kes kettaid pakib. Ootame kuus kuud, enne kui lennuk saabub ja sõidab. Lõpuks ootasime kuus kuud lõunapooluse andmeid.

Teine praktiline küsimus oli iga objekti ilm. Kõrgsageduslikud raadioteleskoobid, nagu need, mida kasutatakse EHT projektis, on äärmiselt tundlikud atmosfääri vee suhtes ja vajavad tõhusaks tööks selget taevast. Seetõttu asub enamik teleskoope kõrgel kõrgusel ja väga kuiva atmosfääriga kohtades, nagu Atacama kõrbes Tšiilis või Mauna Kea Hawaiil. Sellegipoolest nõuab vaatlemine igas kohas head ilma. "Kui soovite, et see toimiks, peab kõigil objektidel olema hea ilm. Nagu selgub, juhtub seda üsna harva.

Ilmastikutingimused ei mõjuta mitte ainult teadust, vaid ka teadlasi. Äärmuslik kõrgus ja madal õhuniiskus seavad objektidel töötavatele inimestele omad väljakutsed. "Mäe tipus on veeauru väga vähe. See on nagu kõrb. Su nahk lõheneb, pead huultele kaitset panema. Ja mis puudutab kõrgust, siis „Oleme üleval kuni 6000 meetri kõrgusel. Atmosfäärirõhk on umbes 60% merepinna rõhust. Teil tekib kõrgustõbi ja peavalu. Tingimustega kohanemiseks kohanevad teadlased, veetes paar päeva järjest suurematel kõrgustel.

Inimeste ja organisatsioonide kõrvutamine

EHT oli vaid üks paljudest projektidest, mis erinevatel teleskoopidel aja pärast võistlesid. Teleskoobid on üle tellitud, mis tähendab, et nende kasutamiseks kandideerib rohkem projekte, kui on ette nähtud, nii et seadmete jaoks aja leidmine võib olla konkurentsivõimeline. Üritatakse valitsusi, organisatsioone ja teadlasi tõrjuda EHT aega erinevatele teleskoobid olid "käe väänamise küsimus", eriti enne, kui EHT märkimisväärne tulemus aastal pealkirjadesse jõudis. 2019.

Ja seal on probleem suure hulga erinevates riikides elavate inimeste koordineerimisega. Ida-Aasiast Hawaiini ajavööndites elavate teadlaste praktilisus tähendab, et telekonverentsideks kohtumiseks on peaaegu võimatu aega leida. Weintroub korraldas igast ülemaailmsest koosolekust kaks versiooni, et kõik saaksid sellel osaleda, ilma et peaks keset ööd üles tõusma.

Isiklikud väljakutsed

Samuti on teaduskoostöös sageli tähelepanuta jäetud inimestevaheline aspekt. "Kõigi nende teleskoopide ühendamist on esitatud eeskujuks ülejäänud koostöömaailmale, kuid see hõlmas keerulisi läbirääkimisi," ütles Weintroub. "Kindlasti on väljakutse, kui koostöö kasvab 12 teadlasest koosnevast rühmast üle 250-liikmeliseks. Koostöö sees on teatud loomulik konkurents ja rivaalitsemine. See võib olla väike isiklik väljakutse."

Teadusringkondades kajastub autorite suhteline panus avaldatud artiklitesse nende nimede loetlemise järjekorras. Kuid püüdes kindlaks teha iga teadlase individuaalset panust sellisesse tohutusse projekti oli sisuliselt võimatu. Mõned meeskonnaliikmed olid projekti kallal töötanud kümme aastat, teised aga liitusid alles viimastel aastatel. Ja teadlastele, eriti nendele, kes on oma karjääri alguses, on tohutu surve, et nende nimi oleks olulistes väljaannetes nähtaval kohal.

"Autorsuse üle oli palju arutelusid," ütles Weintroub. Lõpuks on EHT projekti tulemusel valminud paberites „autorsus puhtalt tähestikuline. Pärast arutelus osalemist oli see ainus viis, kuidas seda teha.

Märkimisväärne tulemus

Kogu see töö ja koordineerimine andis tõeliselt tähelepanuväärse tulemuse galaktikas Messier 87 asuva musta augu esmakordsel pildil. Ja EHT projekt jätkub, projektiga liitub veelgi rohkem teleskoope, et tulevikus veelgi suurema tundlikkusega musti auke pildistada.

Toimetajate soovitused

• Nad tegid maailma esimese musta augu foto. Nüüd teevad nad videot
• Astronoomid soovivad teie abi tuhandete mustade aukude tuvastamisel
• Astronoomid otsivad pisikesi galaktikaid, et mõista mustade aukude arengut
• Uus uuring näitab, et supermassiivsete mustade aukude ümber võivad tekkida planeedid
• Astronoomid avastavad meie galaktikas "võimatu" musta augu

Uuenda oma elustiiliDigitaalsed suundumused aitavad lugejatel hoida silma peal kiirel tehnikamaailmal kõigi viimaste uudiste, lõbusate tooteülevaadete, sisukate juhtkirjade ja ainulaadsete lühiülevaadetega.