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数据技术-SKA要处理的数据量是EHT的100多倍-太湖新闻网

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(作者為中國科學院國家天文台研究員)

同EHT一樣,SKA採用的是射電干涉測量技術,即通過計算不同天線所接收電磁波的相位差推算出天體的空間分佈。這就像人通過辨別聲音到達兩耳的時間判斷髮聲點的方位一樣。這種技術分辨率極高,可以識別光學望遠鏡看不清的東西。EHT能從北京辨清紐約一張報紙上的字,可謂真正的「千里眼」。

在全球十多個參与國家中,中國作為創始成員國於今年3月簽署了SKA天文台公約。我國擁有的世界最大單口徑射電望遠鏡FAST是北半球最靈敏的設備,可與位於南半球的SKA形成互補。我國科學家積极參与SKA的國際大科學合作,有望成為新時代天文研究的引領者。

SKA的觀測範圍更廣,靈敏度也更勝一籌。EHT的8台望遠鏡有幾十面天線,SKA的天線多達幾千面,能看到更遠更暗弱的物體。正如要聽遠處蚊子的聲音,一對耳朵不夠,就用1萬對耳朵合起來聽。

幸運的是,我們正在進入物聯網時代。在物聯網的世界里,網絡的快速升級換代大幅提升了數據傳輸能力;量子計算機的問世,使運算能力出現了革命性的突破。估計20多年後,SKA面臨的問題將會迎刃而解,我們也將真正進入萬物互聯的時代,地球上甚至太空中的射電望遠鏡都可以聯起來組成一個巨型觀測網絡。屆時,一旦監測到太空中的異常事件,例如黑洞合併、疑似地外文明信號等,我們可以迅速調動全球的望遠鏡聯合觀測,對目標進行精確定位與跟蹤,第一時間預警並作出響應。

SKA因接收總面積約有1平方公里而得名。它由2500面直徑15米的碟形天線以及超過100萬個低頻天線等單元組成,預計在2030年後全部建成。它肩負的使命包括:揭示宇宙的第一縷光,檢驗愛因斯坦廣義相對論,探測引力波和宇宙暗能量、暗物質以及探尋地外文明等。

把這麼多信息綜合起來分析,需要一個超強「大腦」。對SKA來說,這個「大腦」就是超級計算機。干涉天線之間相距越遠,就越可能因所在環境不同產生相位誤差,數據處理也越困難。對黑洞的觀測,從數據獲得到圖像發佈,整整花了兩年時間,主要難題在於開髮針對海量數據進行圖像重構的新算法。SKA要處理的數據量是EHT的100多倍,需要的計算速度是我國最大超級計算機「神威⋅太湖之光」的30倍以上。這樣的計算量及其帶來的能源消耗是目前技術難以承受的。

今年隆重發佈的首張黑洞照片,讓人們見識到了幕後功臣「事件視界望遠鏡」(EHT)的威力。它把各大洲的觀測設備聯合起來形成一個巨型虛擬望遠鏡,整合能力超乎想象。不過,這項前沿技術目前正在被刷新——人類有史以來最大的天文學項目「平方公里陣列射電望遠鏡」(SKA)建成后,將引領未來的射電天文研究。

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