Kako so znanstveniki sodelovali pri ustvarjanju prve slike zadnje luknje na svetu

Aprila lani se je koalicija več sto znanstvenikov z vsega sveta zbrala, da bi dosegla nekaj, kar je prej veljalo za nemogoče: izdelava prva slika črne luknje, v okviru projekta Event Horizon Telescope (EHT).

Jonathan Weintroub je inženir elektrotehnike in znanstvenik, ki je imel vodilno vlogo pri oblikovanju digitalne instrumentacije za celotno paleto in ki je bil vključen v EHT že od samega začetka obdobja. Digital Trends se je z njim pogovarjal o izzivih združevanja toliko ljudi, institucij in teleskopov z enim skupnim ciljem.

Ta članek je del naše serije Inovacije s sodelovanjem

Sodelovanje je velemoč človeštva. Omogočil je nekaj najpomembnejših napredkov, kar jih je svet kdaj videl, in v tej seriji, predstavili bomo nekaj najbolj neverjetnih in navdihujočih primerov pravilnega sodelovanja zdaj.

Naknadno opremljanje teleskopov za novo funkcijo

Projekt je zahteval uporabo osmih različnih teleskopov na šestih različnih lokacijah. Ti teleskopi sicer niso bili narejeni po meri za to nalogo – Weintroub in njegovi kolegi so vzeli obstoječe teleskope in jih opremili z novo opremo, da so postali del globalnega niza.

Večina teleskopov je bila enojnih paraboličnih krožnikov, kot na primer teleskop Južni pol na Antarktiki ali IRAM 30-metrski teleskop v Španiji, "zato so videti kot vaš satelitski krožnik za vašo televizijo, vendar večji," Weintroub pojasnil. Ekipa je na vsako anteno opremila dva kosa opreme: najprej je bilo digitalno zaledje, sestavljeno iz analogno-digitalnega pretvornika in računalnika Linux z 256 terabajti prostora za shranjevanje na snemalnik. Štirje od teh zapisovalnikov na mesto so vsebovali skupno 1,2 petabajta podatkov.

Drugič, obstajala je atomska ura, saj so natančni časovni žigi bistveni za točne odčitke v nizu. "Velikost je kot hladilnik v spalnici in vsakih deset milijonov let ohranja čas na približno sekundo natančno," je dejal Weintroub.

Nekateri vključeni teleskopi so bili nizi, sestavljeni iz več krožnikov, kot je Submillimeter Array na Havajih ali Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array v Čilu. Za projekt EHT morajo ti nizi delovati kot ena sama postaja. To je vključevalo dodaten korak obdelave, kot je pojasnil Weintroub: »Namesto standardne obdelave, ki jo izvajamo na signale, izdelamo poseben instrument, ki sešteje izhod iz vsakega teleskopa v nizu in predstavi samo en signal za digitalizacijo."

Naključje lepega vremena

Ko so bili podatki zbrani na vsaki lokaciji teleskopa, so bili poslani na osrednjo lokacijo za obdelavo, bodisi v Massachusettsu ali v Bonnu v Nemčiji. Toda "1,2 petabajta na vsaki postaji je veliko preveč podatkov za pošiljanje prek interneta," je dejal Weintroub. "Te diske torej fizično zapakiramo v škatlo in jih pošljemo na osrednjo lokacijo."

Vendar so se diski iz teleskopa na južnem polu izkazali za izziv. »Niti FedEx niti UPS ne oskrbujeta južnega pola in ko opravimo opazovanje aprila, ni zračnega prometa. Do konca februarja zaprejo letala in tam je samo okostje osebja, ki pakira diske. Čakamo šest mesecev, preden prispe letalo in prevzame diske. Na koncu smo čakali šest mesecev na podatke o južnem polu.«

Drugo praktično vprašanje je bilo vreme na vsaki lokaciji. Visokofrekvenčni radijski teleskopi, kot so tisti, uporabljeni v projektu EHT, so izjemno občutljivi na vodo v ozračju in za učinkovito delovanje potrebujejo jasno nebo. Zato je večina teleskopov nameščenih na visokih nadmorskih višinah z zelo suhim ozračjem, kot je puščava Atacama v Čilu ali Mauna Kea na Havajih. Kljub temu je za opazovanje potrebno dobro vreme na vsakem posameznem mestu. »Če hočeš, da deluje, moraš imeti na vseh lokacijah primerno vreme. Izkazalo se je, da se to zgodi precej redko.”

Vremenske razmere ne vplivajo le na znanost, ampak tudi na znanstvenike. Ekstremna nadmorska višina in nizka vlažnost prinašata svoje izzive za ljudi, ki delajo na lokacijah. »Na vrhu gore je zelo malo vodne pare. Je kot puščava. Koža ti poka, ustnice moraš zaščititi.” In ko smo že pri nadmorski višini, »smo na nadmorski višini do 6000 metrov. Atmosferski tlak je približno 60 % tistega na morski gladini. Dobiš višinsko bolezen in dobiš glavobole.« Da bi se prilagodili razmeram, se znanstveniki aklimatizirajo tako, da nekaj dni preživijo na vse večji nadmorski višini.

Združevanje ljudi in organizacij

EHT je bil le eden od mnogih projektov, ki so se potegovali za čas na različnih teleskopih. Teleskopi so preveč naročeni, kar pomeni, da se za njihovo uporabo prijavi več projektov, kot jih je mogoče dodeliti, zato je lahko konkurenčen čas za instrumente. Poskušati zapreti vlade, organizacije in znanstvenike, da omogočijo EHT čas na različnih teleskopov je bila "stvar zvijanja rok", še posebej preden je prelomni rezultat EHT prišel na naslovnice v 2019.

In tu je vprašanje usklajevanja velikega števila ljudi, ki živijo v različnih državah. Zaradi praktičnih razlogov, da raziskovalci živijo v časovnih pasovih od vzhodne Azije do Havajev, je skoraj nemogoče najti čas za sestanek na telekonferencah. Weintroub je na koncu organiziral dve različici vsakega svetovnega srečanja, samo zato, da bi se lahko vsi udeležili enega, ne da bi mu bilo treba vstajati sredi noči.

Osebni izzivi

Obstaja tudi pogosto spregledan medosebni vidik skupnega znanstvenega dela. "Združevanje vseh teh teleskopov je bilo predstavljeno kot model za preostali svet sodelovanja, vendar je vključevalo zapletena pogajanja," je dejal Weintroub. »Vsekakor je izziv, ko se sodelovanje poveča iz skupine 12 raziskovalcev na skupino več kot 250. Znotraj sodelovanja obstaja določena mera naravne konkurence in tekmovalnosti. To je lahko majhen osebni izziv.”

V znanstvenih krogih se relativni prispevki avtorjev k objavljenim člankom odražajo v vrstnem redu, v katerem so navedena njihova imena. Toda poskušati določiti posamezne prispevke vsakega raziskovalca k tako velikemu projektu je bilo v bistvu nemogoče. Nekateri člani ekipe so na projektu delali desetletje, drugi pa so se pridružili šele v zadnjih nekaj letih. Raziskovalci, zlasti tisti na začetku svoje kariere, so pod ogromnim pritiskom, da se njihovo ime izpostavi v pomembnih publikacijah.

"O avtorstvu je bilo veliko razprav," je dejal Weintroub. Na koncu je v dokumentih, ki izhajajo iz projekta EHT, »avtorstvo zgolj abecedno. Po tem, ko sem bil del razprave, je bil to edini način, da bi to lahko storili."

Izjemen rezultat

Vse to delo in koordinacija sta dosegla resnično izjemen rezultat prve slike črne luknje, ki se nahaja v galaksiji Messier 87. In projekt EHT se bo nadaljeval, pri čemer se bo projektu pridružilo še več teleskopov, ki bodo v prihodnosti slikali več črnih lukenj s še večjo občutljivostjo.

Priporočila urednikov

• Posneli so prvo fotografijo črne luknje na svetu. Zdaj snemajo videospot
• Astronomi potrebujejo vašo pomoč pri prepoznavanju na tisoče črnih lukenj
• Astronomi iščejo majhne galaksije, da bi razumeli razvoj črnih lukenj
• Nova študija kaže, da bi planeti lahko nastali okoli supermasivnih črnih lukenj
• Astronomi odkrijejo "nemogočo" črno luknjo v naši galaksiji

Nadgradite svoj življenjski slogDigitalni trendi bralcem pomagajo slediti hitremu svetu tehnologije z vsemi najnovejšimi novicami, zabavnimi ocenami izdelkov, pronicljivimi uvodniki in enkratnimi vpogledi v vsebine.