29岁MIT博士小姐姐勤奋6年、处置惩罚半吨硬盘数据,“洗”出人类第一张黑洞照片

原创   2019-04-12 09:39 
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她激动得十指交织,身旁的电脑屏幕上,黑洞的样子容貌隐约显现出来,一行行代码在旁边转动。

在Facebook上发出这张照片时,小姐姐说:

看着我做的第一张黑洞照片一点点“洗”出来,真是难以想象。

“我做的第一张黑洞照片”?

对,全人类看到的第一张黑洞照片,就是她“做”的。

这位小姐姐名叫Katie Bouman (凯蒂 · 布曼) ,往年29岁。她率领算法团队“洗”出了这张照片,也成了第一批“看到”黑洞的人类之一。

人类“拍”到的第一张黑洞照片,并非像我们拿手机照相那样,点下屏幕就好,而是须要散布在环球各地的很多天文千里镜在同一时刻“按下快门”,纪录无线电数据。

然后,再依托机械进修算法,把数据拼到一同,重修出图象。而这个“洗照片”的义务,就是凯蒂在MIT读博时做的项目。

搞定半吨硬盘

六年前,凯蒂最先了她在MIT CSAIL的博士生涯,想要研讨“怎样瞥见或许丈量肉眼看不见的器械”,黑洞简直是再适宜不外的研讨工具了。因而,她加入了EHT(事宜视界千里镜)团队。

凯蒂的本科读的密歇根大学的电气工程,硕士读的是MIT的电气工程和计算机科学专业,能够说,关于天文方面,她事先一无所知。

就如许,她最先研讨“把多台天文千里镜取得的数据分解一张黑洞照片”的算法。

一搞就是三年的隐秘事情。在2016年之前,这个项目一直是不泄露的,小姐姐研讨这么激动人心的项目,却憋着不能说,连本身的家人都没通知。

并且直到2017年6月,凯蒂的算法才终究能够最先实战。她收到了一堆装着黑洞观察数据的硬盘:

这些硬盘足有半吨,从天下各地用飞机运来。数目之大,以至让人联想到1969年玛格丽特·汉密尔顿为阿波罗11号登月而预备的一人高的代码。

这些硬盘中的数据,来自智利、夏威夷、南极洲、亚利桑那、西班牙、墨西哥六个处所的一共八台天文千里镜。

天文千里镜猎取的数据量非常大,一晚上就可以收集到2PB(约2000TB)。云云重大的数据难以用收集传输,必需装到硬盘里,空运到MIT。

并且,这半吨硬盘里的数据不仅仅是黑洞,还包罗天空中的种种庞杂、缭乱的数据,凯蒂要靠这些数据,拼出一张完全的黑洞写真。

正本,依据射电千里镜数据复原天体图象须要人类天文学家介入。他们以本身的专业知识,将成像算法指引到他们以为正确的偏向。

但是面临PB级希罕、喧闹的数据,想靠人力从中找出图象太难了。因而,他们使用了机械进修要领。

虽然这支团队已花了好几年的时刻构建算法,在分解数据上试验,但直到有了这些硬盘,他们能力真正晓得他们的算法,是否是真的能捕捉到弗成见的黑洞。

这项义务终究什么样?

就比如,你把一颗鹅卵石扔进水池,却还想看到它的样子容貌。

一石激起的荡漾

入水的霎时,石子会激起一圈一圈的荡漾。

只需这些荡漾,就算石子沉到水下,也依旧能够经由过程算法重现它的样子容貌。

黑洞,就像是这颗已看不见的鹅卵石。

分歧的千里镜收到的两股无线电波相遇,就起了荡漾,学名叫做“过问”。

而凯蒂提出的CHIRP算法,就是依托过问来重修黑洞的。

具体来说,从银河中间传来的无线电信号,抵达两台千里镜的时刻是不一样的,过问也是如许发作的。

以是说,重修黑洞照片,最主要的就是时刻差。

但是,地球有厚重的大气层保护着,无线电波穿过大气层的时刻,速率会变慢,时刻的测定也就不敷正确了。

以是,小姐姐想出了一种机灵的要领,来处置惩罚这个题目:

若是每一个丈量值,都是三台千里镜 (不是两台) 相乘的效果,大气带来的偏差就可以互相抵消了。

如许一来,算法有了,团队便最先“冲刷”黑洞的照片了。

一洗就是两年

半吨硬盘的数据量处置惩罚起来,工程量照样太大了。

洗照片的过程当中,一度有四个团队同时事情,每一个团队卖力剖析一部分数据。

底本估计一年洗好的照片,花了两年时刻才让天下看到。

除耗时以外,小姐姐也说过,团队就是一口大锅,内里有天文学家,物理学家,数学家,工程师……若是不是如许,也弗成能完成这个夙昔看来弗成能的义务。

而她的事情,是在照片终究分解胜利并宣布以后,凯蒂终究能够通知环球,分解第一张黑洞照片的意义:

这是我们相识黑洞的一个窗口,从这里最先,我们考证了我们的物理纪律。虽然我们已靠理论推断出黑洞的样子容貌,但只要亲眼所见能力考证,因而,看到黑洞图象也是伟大的科学提高。

如今,凯蒂早已博士结业,继承在MIT的EHT项目做了一段时刻的博士后以后,行将成为加州理工大学的助理传授。

重大的团队

除凯蒂以外,全部团队另有很多人,他们来自林林总总的范畴。

凯蒂在2017年的TED演讲中分享了团队的中心成员名单,包孕:

Sheperd Doeleman
哈佛大学黑洞设计观察助理主任

Andrew Chael
哈佛大学黑洞设计研讨生

Lindy Blackburn
哈佛大学黑洞设计射电天文学家

Michael Johnson
哈佛 - 史密森尼天体物理中间研讨员

Katherine Rosenfeld
哈佛 - 史密森尼天体物理中间研讨员

Hotaka Shiokawa
哈佛 - 史密森尼天体物理中间博士后

William T. Freeman
MIT计算机科学与人工智能试验室传授

Vincent Fish
MIT Haystack天文台研讨科学家

Kazumori Akiyama
MIT Haystack天文台博士后

Daniel Zoran
DeepMind研讨科学家

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