วิธีที่นักวิทยาศาสตร์ร่วมมือกันสร้างภาพหลุมหลังภาพแรกของโลก

เมื่อเดือนเมษายนปีที่แล้ว กลุ่มนักวิทยาศาสตร์หลายร้อยคนจากทั่วโลกมารวมตัวกันเพื่อบรรลุสิ่งที่เคยคิดว่าเป็นไปไม่ได้: การผลิต ภาพหลุมดำครั้งแรกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Event Horizon Telescope (EHT)

Jonathan Weintroub เป็นวิศวกรไฟฟ้าและนักวิทยาศาสตร์ที่มีบทบาทสำคัญในการออกแบบ เครื่องมือวัดดิจิทัลสำหรับอาเรย์ทั้งหมด และผู้ที่เกี่ยวข้องกับ EHT มาตั้งแต่แรกสุด ขั้นตอน Digital Trends พูดคุยกับเขาเกี่ยวกับความท้าทายในการนำผู้คน สถาบัน และกล้องโทรทรรศน์จำนวนมากมารวมตัวกันโดยมีเป้าหมายเดียวกัน

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของซีรี่ส์ของเรา นวัตกรรมผ่านการทำงานร่วมกัน

การทำงานร่วมกันเป็นพลังพิเศษของมนุษยชาติ มันทำให้เกิดความก้าวหน้าที่สำคัญมากที่สุดเท่าที่โลกเคยเห็นมา และในซีรี่ส์นี้ เราจะแสดงตัวอย่างการทำงานร่วมกันที่น่าทึ่งและสร้างแรงบันดาลใจที่สุดที่เกิดขึ้น ตอนนี้.

การปรับปรุงกล้องโทรทรรศน์สำหรับฟังก์ชั่นใหม่

โครงการนี้จำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ 8 ตัวในสถานที่ต่างกัน 6 แห่ง กล้องโทรทรรศน์เหล่านี้ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาโดยเฉพาะสำหรับงานนี้ ไวน์ทรูบและเพื่อนร่วมงานของเขาได้นำกล้องโทรทรรศน์ที่มีอยู่และติดตั้งอุปกรณ์ใหม่เพื่อให้เป็นส่วนหนึ่งของอาร์เรย์ระดับโลก

กล้องโทรทรรศน์ส่วนใหญ่เป็นจานพาราโบลาจานเดียว เช่น กล้องโทรทรรศน์ขั้วโลกใต้ในทวีปแอนตาร์กติกาหรือ IRAM กล้องโทรทรรศน์ 30 เมตรในสเปน “ดูเหมือนจานดาวเทียมสำหรับโทรทัศน์ แต่ใหญ่กว่า” Weintroub อธิบาย ทีมงานได้ติดตั้งอุปกรณ์สองชิ้นในแต่ละจาน ประการแรก มีแบ็คเอนด์ดิจิทัลที่ประกอบด้วยตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล และคอมพิวเตอร์ Linux ที่มีพื้นที่จัดเก็บข้อมูล 256 เทราไบต์ต่อเครื่องบันทึก เครื่องบันทึกสี่เครื่องต่อไซต์เก็บข้อมูลรวม 1.2 เพตาไบต์

ประการที่สอง มีนาฬิกาอะตอม เนื่องจากการประทับเวลาที่แม่นยำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการอ่านค่าที่แม่นยำทั่วทั้งอาเรย์ “มันมีขนาดเท่าตู้เย็นในหอพัก และมันรักษาเวลาไว้ประมาณหนึ่งวินาทีทุกๆ สิบล้านปี” ไวน์ทรูบกล่าว

กล้องโทรทรรศน์บางตัวที่เกี่ยวข้องนั้นเป็นอาร์เรย์ที่ประกอบด้วยจานหลายจาน เช่น อาร์เรย์ซับมิลลิเมตรในฮาวาย หรืออาร์เรย์มิลลิเมตร/ซับมิลลิเมตรขนาดใหญ่ของอาตากามา ในชิลี สำหรับโปรเจ็กต์ EHT อาร์เรย์เหล่านี้จำเป็นต้องทำหน้าที่เป็นสถานีเดียว สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับขั้นตอนการประมวลผลเพิ่มเติม ดังที่ Weintroub อธิบายว่า “แทนที่จะดำเนินการประมวลผลมาตรฐานที่เราทำกับ สัญญาณ เราสร้างเครื่องมือพิเศษที่จะรวมเอาเอาท์พุตจากกล้องโทรทรรศน์แต่ละตัวในอาเรย์และแสดงเพียงสัญญาณเดียวสำหรับ การแปลงเป็นดิจิทัล”

บังเอิญอากาศดี.

เมื่อรวบรวมข้อมูลจากที่ตั้งกล้องโทรทรรศน์แต่ละแห่งแล้ว ข้อมูลจะถูกส่งไปยังตำแหน่งกลางเพื่อประมวลผล ทั้งในแมสซาชูเซตส์หรือในเมืองบอนน์ ประเทศเยอรมนี แต่ "1.2 เพตาไบต์ในแต่ละสถานีนั้นมีข้อมูลมากเกินไปที่จะส่งผ่านอินเทอร์เน็ต" Weintroub กล่าว “ดังนั้นเราจึงบรรจุดิสก์เหล่านี้ลงในกล่องและจัดส่งไปยังตำแหน่งศูนย์กลาง”

อย่างไรก็ตาม จานจากกล้องโทรทรรศน์ที่ขั้วโลกใต้ถือเป็นความท้าทาย “ทั้ง FedEx หรือ UPS ไม่ได้ให้บริการในขั้วโลกใต้ และเมื่อเราทำการสังเกตการณ์ในเดือนเมษายน ก็ไม่มีการให้บริการทางอากาศ เมื่อถึงปลายเดือนกุมภาพันธ์ พวกเขาปิดเครื่องบิน และมีเพียงเจ้าหน้าที่โครงกระดูกคอยแพ็คดิสก์ เรารอหกเดือนก่อนที่เครื่องบินจะมาถึงและขับออกไป เราลงเอยด้วยการรอหกเดือนสำหรับข้อมูลขั้วโลกใต้”

ประเด็นในทางปฏิบัติอีกประการหนึ่งคือสภาพอากาศในแต่ละไซต์ กล้องโทรทรรศน์วิทยุความถี่สูง เช่นเดียวกับที่ใช้ในโครงการ EHT มีความไวต่อน้ำในชั้นบรรยากาศอย่างมาก และต้องการท้องฟ้าที่ชัดเจนจึงจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น เหตุใดกล้องโทรทรรศน์ส่วนใหญ่จึงตั้งอยู่ในตำแหน่งที่สูงและมีบรรยากาศที่แห้งมาก เช่น ทะเลทรายอาตากามาในชิลีหรือเมานาเคอาในฮาวาย อย่างไรก็ตาม การสังเกตการณ์จำเป็นต้องมีสภาพอากาศที่ดีในทุกจุด “ถ้าคุณต้องการให้มันได้ผล คุณต้องมีสภาพอากาศที่ดีในทุกพื้นที่ มันเกิดขึ้นไม่บ่อยนักตามที่ปรากฏ”

สภาพอากาศไม่เพียงส่งผลต่อวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อนักวิทยาศาสตร์ด้วย ระดับความสูงที่สูงมากและความชื้นต่ำทำให้เกิดความท้าทายสำหรับผู้ที่ทำงานในไซต์งาน “บนยอดเขามีไอน้ำน้อยมาก มันเหมือนกับทะเลทราย ผิวของคุณแตก คุณต้องปกป้องริมฝีปากของคุณ” และเมื่อพูดถึงระดับความสูง “เราอยู่บนระดับความสูงถึง 6,000 เมตร ความกดอากาศอยู่ที่ประมาณ 60% ของความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล คุณป่วยจากที่สูงและปวดหัว” เพื่อปรับตัวให้เข้ากับสภาวะต่างๆ นักวิทยาศาสตร์ต้องปรับตัวโดยใช้เวลาสองสามวันบนระดับความสูงที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

การเชื่อมโยงผู้คนและองค์กร

EHT เป็นเพียงหนึ่งในหลายโครงการที่แข่งขันกันเพื่อจับเวลาด้วยกล้องโทรทรรศน์ต่างๆ กล้องโทรทรรศน์มีจำนวนสมาชิกมากเกินไป ซึ่งหมายความว่ามีโครงการนำไปใช้มากกว่าที่จะจัดสรรได้ จึงสามารถแข่งขันกันเพื่อให้ได้เวลาใช้เครื่องมือเหล่านี้ พยายามจับกุมรัฐบาล องค์กร และนักวิทยาศาสตร์เพื่อให้เวลา EHT กับเรื่องต่างๆ กล้องโทรทรรศน์เป็น "เรื่องของแขนบิด" โดยเฉพาะอย่างยิ่งก่อนที่ผลลัพธ์ที่สำคัญของ EHT จะพาดหัวข่าว 2019.

และยังมีประเด็นเรื่องการประสานงานผู้คนจำนวนมากที่อาศัยอยู่ในประเทศต่างๆ การปฏิบัติจริงของการให้นักวิจัยอาศัยอยู่ในเขตเวลาตั้งแต่เอเชียตะวันออกไปจนถึงฮาวาย หมายความว่าแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะหาเวลาพบปะเพื่อการประชุมทางไกล ในที่สุด Weintroub ก็จัดการประชุมระดับโลกแต่ละครั้งเป็นสองเวอร์ชัน เพื่อให้ทุกคนสามารถเข้าร่วมการประชุมได้โดยไม่ต้องตื่นกลางดึก

ความท้าทายส่วนตัว

นอกจากนี้ยังมีแง่มุมระหว่างบุคคลที่ถูกมองข้ามบ่อยครั้งของงานทางวิทยาศาสตร์ที่ร่วมมือกัน “การนำกล้องโทรทรรศน์เหล่านี้มารวมกันถูกนำเสนอเป็นตัวอย่างสำหรับโลกแห่งความร่วมมืออื่นๆ แต่มันเกี่ยวข้องกับการเจรจาที่ซับซ้อน” ไวน์ทรูบกล่าว “ย่อมต้องมีความท้าทายเมื่อความร่วมมือเติบโตขึ้นจากกลุ่มนักวิจัย 12 คนไปจนถึงกลุ่มที่มีมากกว่า 250 คน ภายในการทำงานร่วมกัน มีการแข่งขันและการแข่งขันกันตามธรรมชาติจำนวนหนึ่ง มันอาจเป็นความท้าทายส่วนตัวเล็กน้อย”

ในแวดวงวิทยาศาสตร์ การมีส่วนร่วมของผู้เขียนต่อผลงานตีพิมพ์จะสะท้อนให้เห็นตามลำดับชื่อของพวกเขา แต่การพยายามพิจารณาการมีส่วนร่วมของนักวิจัยแต่ละคนในโครงการขนาดใหญ่ดังกล่าวนั้นเป็นไปไม่ได้เลย สมาชิกในทีมบางคนทำงานในโครงการนี้มาเป็นเวลาสิบปีแล้ว ในขณะที่คนอื่นๆ เพิ่งเข้าร่วมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และมีแรงกดดันอย่างมากต่อนักวิจัย โดยเฉพาะนักวิจัยในช่วงเริ่มต้นอาชีพ ที่จะต้องให้ชื่อของพวกเขาปรากฏอย่างเด่นชัดในสื่อสิ่งพิมพ์ที่สำคัญ

“มีการถกเถียงกันมากมายเกี่ยวกับการประพันธ์” Weintroub กล่าว ท้ายที่สุดแล้ว ในรายงานที่เกิดจากโครงการ EHT “การประพันธ์จะเรียงตามตัวอักษรล้วนๆ หลังจากเป็นส่วนหนึ่งของการอภิปราย นี่เป็นวิธีเดียวที่สามารถทำได้”

ผลลัพธ์ที่น่าทึ่ง

งานและการประสานงานทั้งหมดนี้ทำให้เกิดผลลัพธ์ที่น่าทึ่งอย่างแท้จริงจากการถ่ายภาพหลุมดำครั้งแรกซึ่งตั้งอยู่ในกาแลคซีเมสไซเออร์ 87 และโครงการ EHT จะดำเนินต่อไป โดยมีกล้องโทรทรรศน์เพิ่มมากขึ้นเข้าร่วมโครงการเพื่อถ่ายภาพหลุมดำที่มีความไวมากขึ้นในอนาคต

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• พวกเขาถ่ายภาพหลุมดำภาพแรกของโลก ตอนนี้พวกเขากำลังถ่ายวิดีโอ
• นักดาราศาสตร์ต้องการให้คุณช่วยระบุหลุมดำนับพันแห่ง
• นักดาราศาสตร์ค้นหากาแลคซีเล็กๆ เพื่อทำความเข้าใจวิวัฒนาการของหลุมดำ
• การศึกษาใหม่เผยดาวเคราะห์อาจก่อตัวรอบๆ หลุมดำมวลมหาศาล
• นักดาราศาสตร์ค้นพบหลุมดำที่ "เป็นไปไม่ได้" ในกาแลคซีของเรา

อัพเกรดไลฟ์สไตล์ของคุณDigital Trends ช่วยให้ผู้อ่านติดตามโลกแห่งเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วด้วยข่าวสารล่าสุด รีวิวผลิตภัณฑ์สนุกๆ บทบรรณาธิการที่เจาะลึก และการแอบดูที่ไม่ซ้ำใคร