Kā zinātnieki sadarbojās, lai izveidotu pasaulē pirmo aizmugures cauruma attēlu

Pagājušā gada aprīlī simtiem zinātnieku koalīcija no visas pasaules pulcējās, lai sasniegtu kaut ko, kas iepriekš tika uzskatīts par neiespējamu: pirmais melnā cauruma attēls, kā daļa no Event Horizon Telescope (EHT) projekta.

Džonatans Vaintroubs ir elektroinženieris un zinātnieks, kuram bija galvenā loma ierīces izstrādē digitālo instrumentu visam masīvam, un kurš ir bijis saistīts ar EHT kopš tās agrākajiem laikiem posmos. Digital Trends runāja ar viņu par izaicinājumiem, kas saistīti ar tik daudzu cilvēku, iestāžu un teleskopu apvienošanu ar vienu kopīgu mērķi.

Šis raksts ir daļa no mūsu sērijas Inovācijas caur sadarbību

Sadarbība ir cilvēces lielvara. Tas ir nodrošinājis dažus no nozīmīgākajiem sasniegumiem, ko pasaule jebkad ir redzējusi, un šajā sērijā mēs parādīsim dažus no neticamākajiem un iedvesmojošākajiem piemēriem, kā sadarbība notiek pareizi tagad.

Teleskopu modernizēšana jaunai funkcijai

Projektam bija jāizmanto astoņi dažādi teleskopi sešās dažādās vietās. Tomēr šie teleskopi nebija īpaši izgatavoti šim uzdevumam — Vaintroubs un viņa kolēģi paņēma esošos teleskopus un aprīkoja tos ar jaunu aprīkojumu, lai padarītu tos par daļu no globālā masīva.

Lielākā daļa teleskopu bija atsevišķi paraboliski trauki, piemēram, Dienvidpola teleskops Antarktīdā vai IRAM 30 metru teleskops Spānijā, "lai tie izskatās kā jūsu satelīta šķīvis jūsu televizoram, bet lielākas," Weintroub paskaidroja. Komanda katram traukam uzstādīja divas iekārtas: Pirmkārt, bija digitālā aizmugure, kas sastāvēja no analogā-digitālā pārveidotāja un Linux datora ar 256 terabaitu krātuvi katram ierakstītājam. Četros no šiem ierakstītājiem katrā vietnē kopā bija 1,2 petabaiti datu.

Otrkārt, bija atompulkstenis, jo precīzi laikspiedoli ir būtiski, lai iegūtu precīzus rādījumus visā masīvā. "Tas ir kopmītnes ledusskapja lielums, un tas glabā laiku apmēram sekundē ik pēc desmit miljoniem gadu," sacīja Vaintroubs.

Daži no iesaistītajiem teleskopiem bija bloki, kas sastāvēja no vairākiem traukiem, piemēram, Submillimeter Array Havaju salās vai Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array Čīlē. EHT projektam šiem masīviem jādarbojas kā vienai stacijai. Tas ietvēra papildu apstrādes darbību, kā paskaidroja Veintroubs: “Tā vietā, lai veiktu standarta apstrādi, ko mēs veicam vietnē signālus, mēs izveidojam īpašu instrumentu, kas summē katra masīvā esošā teleskopa izvadi un parāda tikai vienu signālu digitalizēšana.”

Labu laikapstākļu sakritība

Kad dati tika savākti katrā teleskopa vietā, tie tika nosūtīti uz centrālu vietu apstrādei vai nu Masačūsetsā, vai Bonnā, Vācijā. Bet "1,2 petabaiti katrā stacijā ir pārāk daudz datu, lai tos nosūtītu internetā," sacīja Veintroubs. "Tāpēc mēs fiziski iesaiņojam šos diskus kastē un nosūtām uz centrālo vietu."

Tomēr diski no teleskopa Dienvidpolā izrādījās izaicinājums. “Ne FedEx, ne UPS neapkalpo Dienvidpolu, un, veicot novērojumus aprīlī, gaisa satiksmes pakalpojumu nav. Līdz februāra beigām viņi izslēdza lidmašīnas, un tur ir tikai skeleta personāls, kas iesaiņo diskus. Mēs gaidām sešus mēnešus, pirms ierodas lidmašīna un sāks braukt. Mēs beidzot gaidījām sešus mēnešus, lai iegūtu Dienvidpola datus.

Vēl viens praktisks jautājums bija laika apstākļi katrā vietā. Augstas frekvences radioteleskopi, tāpat kā tie, kas tiek izmantoti EHT projektā, ir ārkārtīgi jutīgi pret ūdeni atmosfērā, un, lai tie darbotos efektīvi, ir vajadzīgas skaidras debesis. Tāpēc lielākā daļa teleskopu atrodas lielā augstuma vietās ar ļoti sausu atmosfēru, piemēram, Atakamas tuksnesī Čīlē vai Mauna Kea Havaju salās. Tomēr novērošanai katrā vietā ir nepieciešami labi laikapstākļi. “Ja vēlaties, lai tas darbotos, visos objektos ir jābūt labiem laikapstākļiem. Tas, kā izrādās, notiek diezgan reti.

Laika apstākļi ietekmē ne tikai zinātni, bet arī zinātniekus. Ekstrēmais augstums un zemais mitrums rada savus izaicinājumus objektos strādājošajiem. "Kalna virsotnē ir ļoti zems ūdens tvaiku līmenis. Tas ir kā tuksnesis. Jūsu āda saplaisā, jums ir jāuzliek lūpas aizsardzība. Un, runājot par augstumu, “Mēs atrodamies augstumā līdz 6000 metriem. Atmosfēras spiediens ir aptuveni 60% no spiediena jūras līmenī. Jums rodas augstuma slimība un galvassāpes." Lai pielāgotos apstākļiem, zinātnieki aklimatizējas, pavadot dažas dienas arvien lielākā augstumā.

Cilvēku un organizāciju sagrupēšana

EHT bija tikai viens no daudzajiem projektiem, kas konkurēja par laiku dažādos teleskopos. Teleskopu skaits ir pārāk liels, un tas nozīmē, ka to izmantošanai piesakās vairāk projektu, nekā var atvēlēt, tāpēc instrumenti var būt konkurētspējīgi. Cenšas valdībām, organizācijām un zinātniekiem atvēlēt EHT laiku dažādiem teleskopi bija “rokas pagriešana”, it īpaši pirms EHT nozīmīgais rezultāts nokļuva virsrakstos 2019.

Un tur ir jautājums par daudzu cilvēku, kas dzīvo dažādās valstīs, koordinēšanu. Praktiski aspekti, kad pētnieki dzīvo laika joslās no Austrumāzijas līdz Havaju salām, nozīmē, ka ir gandrīz neiespējami atrast laiku, lai satiktos telekonferencēm. Veintroubs noorganizēja divas katras globālās sanāksmes versijas, lai ikviens varētu tajā piedalīties, neceļoties nakts vidū.

Personīgie izaicinājumi

Pastāv arī bieži aizmirstais sadarbības zinātniskā darba starppersonu aspekts. "Visu šo teleskopu apvienošana tika prezentēta kā paraugs pārējai sadarbības pasaulei, taču tā ietvēra sarežģītas sarunas," sacīja Veintroubs. “Kad sadarbība no 12 pētnieku grupas kļūst par grupu, kurā ir vairāk nekā 250, noteikti ir izaicinājums. Sadarbībā ir zināma dabiska konkurence un sāncensība. Tas var būt neliels personisks izaicinājums. ”

Zinātniskās aprindās autoru relatīvais ieguldījums publicētajos rakstos tiek atspoguļots secībā, kādā tiek uzskaitīti viņu vārdi. Taču mēģināt noteikt katra pētnieka individuālo ieguldījumu tik milzīgā projektā būtībā nebija iespējams. Daži komandas locekļi bija strādājuši pie projekta desmit gadus, bet citi pievienojās tikai pēdējos gados. Un ir milzīgs spiediens uz pētniekiem, jo ​​īpaši tiem, kuri ir savas karjeras sākumā, lai viņu vārds būtu pamanāms nozīmīgās publikācijās.

"Bija daudz diskusiju par autorību," sacīja Veintroubs. Galu galā dokumentos, kas izriet no EHT projekta, “autorība ir tīri alfabētiska. Pēc dalības debatēs tas bija vienīgais veids, kā to varēja izdarīt.

Ievērojams rezultāts

Ar visu šo darbu un koordināciju tika panākts patiešām ievērojams rezultāts pirmā melnā cauruma attēlam, kas atrodas galaktikā Mesjē 87. Un EHT projekts turpināsies, un projektam pievienosies vēl vairāk teleskopu, lai nākotnē attēlotu vairāk melno caurumu ar vēl lielāku jutību.

Redaktoru ieteikumi

• Viņi uzņēma pasaulē pirmo melnā cauruma fotoattēlu. Tagad viņi uzņem video
• Astronomi vēlas jūsu palīdzību, lai identificētu tūkstošiem melno caurumu
• Astronomi meklē mazas galaktikas, lai izprastu melno caurumu evolūciju
• Planētas varētu veidoties ap supermasīviem melnajiem caurumiem, liecina jauns pētījums
• Astronomi atklāj “neiespējamu” melno caurumu mūsu galaktikā

Uzlabojiet savu dzīvesveiduDigitālās tendences palīdz lasītājiem sekot līdzi steidzīgajai tehnoloģiju pasaulei, izmantojot visas jaunākās ziņas, jautrus produktu apskatus, ieskatu saturošus rakstus un unikālus ieskatus.