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一张照片新的开始,关于黑洞的那些数据

作者: admin来源: 未知时间:2019-04-11 12:02:080

“科学是永无止境的,它是一个永恒之谜。”

 

黑洞的第一张照片不禁让我们想起爱因斯坦的这句名言,也正是这张照片,爱因斯坦提出广义相对论预言黑洞的存在,得到了足够的证据。

 

 

这是人类史上首张黑洞照片。北京时间4月10日晚9时许,包括中国在内,全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。(照片来自于网络)

 

这样的一张照片,是人类对科学探索的巨大成果,也是人类了解黑洞的又一个开始。

 

下面,对“这张照片”的一些数据进行汇总,算是作为普通大众一员的小编,对科学工作者的深深敬意。

 

 

这个黑洞有多大

 

露出真容的黑洞,位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,黑洞的“直径”大约是 2400 万公里,也就是 17 个太阳的大小,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。

 

 

这张照片是怎么来的

 

这个功劳要归于通过分布全球的观测点组成一个口径如地球大小的虚拟望远镜——黑洞事件视界望远镜,顺利实现在1.3毫米波长的观测,并经过长期的数据分析,成功“捕获”黑洞的影像。

 

具体来说,全球30多个研究所200多位科学家参与到了一项庞大科学计划,为联合世界各地的8台射电望远镜,人类花费10年,制图又耗费2年。

 

由于需要极高的灵敏度,组成全球网络的8个射电望远镜分布在多个高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。

 

因为只有这8个望远镜及其阵列同时顺利观测到黑洞,才能达到最高的灵敏度和最大的空间分辨率。而现实是,留给科学家们观测的窗口期非常短暂,每年大约只有10天。

 

拍照难,洗照也不易。望远镜记录下的海量数据,需要进行复杂的后期处理和分析,才能获取最终的黑洞图像。

 

但在 25000 光年,也就是 24 亿亿公里的距离下,17 个太阳直径也只是分辨不出任何细节的一个点而已。

 

所以,利用地球上8个观测站组成网络,就可以利用干涉技术一起观测,最终产生可见的数据。此次观测的数据可能会超过20000 TB,最后利用超级计算机计算数个月,才能得到一张如此珍贵的照片。

 

 

这个照相机是什么样

 

要想看清楚黑洞视界面的细节,视界望远镜的空间分辨率要达到足够高才行。为此,观测使用了甚长基线干涉测量(VLBI)技术,观测波段是1.3毫米。世界各地的射电望远镜同步观测,同时利用地球自转,形成一个口径如地球大小的虚拟望远镜,分辨率约20微角秒。

 

这是一个汇聚了多台站望远镜阵的项目,每台站又有很多个望远镜组成。参与此次观测的望远镜包括ALMA、APEX、IRAM 30米望远镜、James Clerk Maxwell望远镜、大毫米波望远镜(LMT)、亚毫米波阵(SMA)、亚毫米波望远镜(SMT)和南极望远镜(SPT)。马普射电所和麻省理工学院Haystack天文台的专用超级计算机负责了对原始观测数据的相关工作。

 

“这些望远镜的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”中方科学家、上海天文台研究员路如森说。

 

 

 

数据量惊人的大,全新算法加速数据分析

 

以2017年4月的观测为例,每个台站的数据率达到惊人的32GB/秒,8个台站在5天观测期间共记录约3500TB的数据。专家表示,如果是像看电影一样不间断地看,这些数据至少需要500多年才能看完。

 

由于各个望远镜观察到的数据量加起来足有3600TB,换算成电影大小要几百年才能看完,因此这些数据无法通过网络传送,就只能被存储在移动硬盘里运往美国波士顿和德国波恩的数据处理中心,并由麻省理工学院和马普所等机构开发出全新的算法,加速数据分析。

 

这是一个汇聚了多台站望远镜阵的项目,每台站又有很多个望远镜组成,几天内产生的观测数据相当于欧洲核子中心一年的数据量,对于这样一个复杂事件的出现,科学家会分成独立的工作组,每一个工作组会有不同的小组进行处理,参与数据处理,进行比对。

 

在观看这种珍贵的照片之时,作为数据分析领域的从业者,对数据分析无处不在的应用有了更深的理解。

 

(注:文章综合相关资料整理所得)

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