云計算與星辰大海的結合——不要回答,來自百億光年外的未知信號
今年在疫情的影響下,各國的經濟發(fā)展都遇到了一些困難,甚至除中國以外的主要經濟體都會進入了負增長的情況,不過越是這樣的時候,越不能把眼光放在眼前的茍且,我們頭上的星辰大海依舊會給我們帶來希望。 中國天眼捕捉到了罕見的快速射電暴三連閃,發(fā)現了來自宇宙深處的快速射電暴,根據目前的數據分析,這個脈沖信號源很可能來自于上百億光年!
熟悉《三體》的讀者肯定會知道,這次發(fā)現的脈沖信號不太像是自然天體所發(fā)出的,因此這個脈沖信號的背后很可能是地外生命隨手扔的“漂流瓶”? 對于這樣的信息,黑暗森林法則一再提示人類,“不要回答”,但出于對遠方星空的向往與好奇,人類往往執(zhí)著于向遠方傳播我們的存在著的信息。
Fast天眼天體信號的捕獲神器** 我想IT人可能都不知道,貴州有這么一個神器FAST中國天眼-世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。 FAST是一款500米口徑球面射電望遠鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope),簡稱FAST, “天眼”由主動反射面系統(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)、接收機與終端及觀測基地等幾大部分構成, 1994年我國天文學家南仁東于“天眼”構想,前后歷時22年于于2016年9月25日落成啟用。
尤其值得一提的是,天眼是我國具有自主知識產權的射電望遠鏡,其綜合性能是著名的射電望遠鏡阿雷西博的十倍,可以探索到接近宇宙邊緣(137億光年以外)的電磁信號。
上云,天眼觀測數據的處理之道
人類對于太空的探索從未停止過腳步,但是星辰大海又是如此彌費國資,為了讓天眼能夠“看”到更遠的星星,天文科學家發(fā)明了靠反射電磁波來觀測宇宙的射電望遠鏡。它很多需要一個拋物面,用來將宇宙中投射來的電磁波到公共焦點,所以FAST天眼這樣的望遠鏡,才長得很像一口鍋。
從公開的資料來看,天眼這口“巨鍋”的建設費用高達十幾億元,而且這種級別的射電望遠鏡,每天產生的觀測數據即使是壓縮以后,也高達50TB,天文觀測所帶來的信息量也同樣是天文量級的,從這之中找出遠方文明的消息,也就意味著巨大的人力、算力乃至運營成本,如何低成本,高效率地處理采集到的海量信息,無疑是擺在天文學家面前的最棘手問題。
早些年, NASA科學家曾努力地向大眾科普天文知識,還放出大把精心處理過的黑洞、星空照片,就為了讓“看星星”這件事顯得更有趣一些,進而獲得國會的經費支持。 不過值得一提的是,早在2016年,也就是天眼FAST建成的同年,中科院國家天文臺就實現了中國虛擬天文臺上云,也正是上云帶來的效益,不但將中國天文研究的水平提高了一個臺階,更是降低了日常運營方面的成本。
其實,天文學是一門由數據驅動的科學,天文學與人工智能IT技術的結合,往往會取得意想不到的效果,在深度學習還沒“火”起來的20多年前,國家天文臺就已經開始利用深度學習來進行太陽黑子的活動預測了。不過,基于深度學習的特性,需要大量信息訓練,這對于算力也有著迫切需求,因此當時只能采用大型實體超算來進行,但這樣做成本巨大,運算效果卻未必理想。 不過上云之后,這一切得到了根本性的改觀,借助自主研發(fā)的飛天超大規(guī)模通用計算操作系統(tǒng),得以將百萬級服務器連接成一臺“超算”,利用其提供的算力進行處理,效率能夠提高20多倍。原來需要花費7天才能處理完的量,如今只需花費8小時;產品生成周期也縮短9倍,從以前的180天縮短到了20天。
云計算與星辰大海的結合-開源的天文
系統(tǒng)上云以后,很多事情也變得順理成章了,因為云平臺是天然支持AI等新興技術的。總結一下天文科學方面的系統(tǒng)需求主要有以下幾點: 信息聚類分析:其工作本質在于分類整理,并找出背后的聯(lián)系,而宇宙中的電磁信號無處不在,它展現出的周期規(guī)律,背后很可能只是“脈沖星”,不斷發(fā)出電磁信號。而脈沖星就像大海航行的燈塔一樣,可以幫助我們確定“坐標”,確定分析錨點。
結果數據傳輸:與此同時,深度學習所依賴的大量信息如何傳送也是一大難事。在研究機構尚未采用云計算技術時,如果有傳送數據的需求,就只能靠天文研究人員背著硬盤“人肉搬運“。但在中國虛擬天文臺上云項目完成以后,無論是數據處理、傳輸,還是存儲、分享,種種難題都如同快刀斬亂麻一般輕松解決。
而我國的天文科學家們,不但將上述需求圓滿解決,還基于云計算技術為打造了了“全球天文資源平臺”,這樣一套SaaS產品,這其中包含FAST天眼大量信息,后續(xù),還會發(fā)揚開源精神,將有更多天文觀測內容開放給公眾共享。 無論你是天文學家還是普通的天文愛好者,都可以利用云端平臺訪問相關天文觀察成果。這樣能夠讓研究領域不再存在障礙,讓信息也不再“沉睡”在各大研究機構的設備中,能夠面向全社會,展現出更大的研究價值。
人類在探索星辰大海的過程中,往往都會收獲意外的禮物。比如澳大利亞天文學家約翰·奧薩立文發(fā)明了目前很多年輕人的——Wi-Fi;英國天文學家、諾貝爾獎獲主的馬蒂萊爾發(fā)明了綜合孔徑成像,這個技術也被利用到了醫(yī)學上,也就是CT、核磁共振與PET發(fā)射端側掃瞄。而且由于數據量大,相似圖片多,天文學家還為我們貢獻了很多高精度的圖像識別算法;可以說天文研究會將技術成果反哺給全社會,進入我們的日常生活。 也許在未來的某一天,你會發(fā)現,由于圖像識別技術的改進,讓你能夠在電商平臺上更快地找到心儀的商品;你的孩子也突然迷上了天文學,開始去研究恒星的形成、星系的演化,心里裝下了整個宇宙……而這一切,可能僅僅只是100萬光年以外的一道電磁波所帶來的改變,看似微小,卻影響深遠。
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