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“中国天眼”遭遇海量数据考验

作者:工程管理
出处:www.lunrr.com
时间:2019-12-14

作者:何星辉,李关捷,洪勇资料来源:科技日报出版时间:2018/9/17 10:35336031

选择名称:中小

中国之眼遇到大规模数据测试

59个质量候选,44颗脉冲星,这是FAST在两年调试中提交的“科学发现报告卡”。世界上没有先例,调试工作相当具有挑战性。FAST团队克服了许多困难来矫正FAST的视力,并让它转动“眼睛”。在19束接收器投入使用后,FAST测量天空的能力增加了5到6倍,视野扩大到19倍。除了脉冲星,法斯特还有什么新发现吗?9月15日,就在FAST即将庆祝成立两周年之际,《科学技术日报》的一名记者重访该网站,了解到FAST遇到了挑战-

脉冲星的发现“超出预期”

迄今为止,FAST已经发现了44颗脉冲星,其中19颗获得了国际认证,包括1毫秒脉冲星。对此,中国科学院国家天文台FAST项目副研究员雷倩表示,FAST在试运行阶段取得了这样的成果,超出了FAST团队的预期。这主要是由于FAST的极高灵敏度。在此之前,由于历史和设备的原因,中国的其他射电望远镜已经观测到许多已知的脉冲星,但是没有发现新的脉冲星。

脉冲星是恒星演化和超新星爆炸产生的旋转中子星。他们的信号曾经被认为来自外星人。宇宙中有大量脉冲星,自转周期极其稳定。精确的时钟信号为引力波探测、航天器导航和其他重大科技应用提供了理想的工具。

那么,法斯特是如何发现脉冲星的?这些脉冲星是如何鉴定的?

雷倩说脉冲星的电磁辐射来自磁极。当脉冲星旋转时,磁极发出的电磁辐射束像海岸上的灯塔一样扫过天空。每次脉冲星辐射扫过地球时,地面上的FAST都会接收到一个信号,记录一系列像“心电图”一样的脉冲。之后,FAST收集并处理信号,然后将它们转换成人类能够理解的形式。然而,中间的转换过程非常复杂。快速反射器收集电信号到接收器,并将其转换成光信号。光信号通过光缆传输回主控室。光信号然后被转换回数字信号。计算机集群根据预设程序存储、计算和分析这些数字信号,以识别能够代表脉冲星的一系列特征。

“快速搜索有两种主要模式。第一种是通过漂移扫描,也就是说,望远镜是固定的,地球的自转被用来指向不同的天空进行盲目巡逻。第二是寻找特定的源,包括球状星团、高能费米点源和M31。”中国科学院国家天文台FAST项目总工程师姜鹏表示,观测结束后,可以对望远镜数据进行分析,找到可信的周期信号,这些信号可以人工判断并作为候选项列出。最后,通过快速或其他望远镜观察的重复观察可以用于验证。目前,在快中子发现的44颗脉冲星中,有25颗已经得到快中子本身的认证,其余的已经由澳大利亚合作的巴夏礼64m望远镜和德国爱夫尔斯堡100望远镜观测和认证。

海量数据带来巨大挑战。

除了搜寻脉冲星,FAST实际上还有更重要的科学目标,包括探测中性氢以揭示宇宙膨胀、星系形成和进化的奥秘,以及搜寻可能的外星生命等。可以说,凭借世界领先的绝对灵敏度,FAST拥有无限的可能性。

今年6月初,随着19波束馈源接收机的引入,FAST测量速度提高了5到6倍,视场扩大到19倍。这意味着“武术”更高,速度可能会给我们带来更多的惊喜。

“这次有可能找到外星人吗?”在《科学技术日报》记者的提问中,雷倩解释说,如果外星人确实存在,并且他们使用无线电,他们就不应该逃脱法斯特的“金眼”。对于外国科学家在月球表面发现水冰的消息,雷倩表示,在雷达的配合下,FAST还可以进行相关探测。

现在,几个月过去了,FAST有什么重大发现?江鹏坦言,由于使用了19个波束,FAST生成的海量数据给FAST团队带来了巨大挑战。在观察时,以前每秒最多只生成2G的数据。现在,峰值数据速率可以达到每秒38G。由于存储和计算能力有限,他们只能压缩数据并缩小数据的动态范围,但仍然存在数据积累的风险,这是他们以前从未遇到过的。

但是,该问题将在FAST数据中心投入运行后得到缓解。FAST与中国电信共建的数据中心将基于中国电信的天翼云,依托中国电信强大的网络优势和平台能力,整合海量高速存储和高速计算单元,为FAST提供超级计算中心服务以及高速网络接入和信息通信支持。根据该计划,该数据中心最终将为FAST提供100PB的存储容量。与此同时,位于贵州师范大学的FAST早期科学数据中心也在不断扩大。

到目前为止,FAST已经积累了1000多个小时的观测时间,科学数据存储总量约为28pb。

预计明年完成试运行

FAST是世界上最大、最灵敏的射电望远镜。其无线电波接收区直径500米,大小为30个足球场,可以完全容纳八个“鸟巢”体育馆。如果这个“大罐子”要装满矿泉水,世界上每个人喝4瓶就足够了。

以地球上独一无二的喀斯特巨洼为平台场地,FAST自主发明变形反射面,采用光机电一体化技术自主提出光缆拖曳进给支撑系统和并联机器人,实现高精度指向跟踪。FAST的大小是有意义的。只有口径越大,我们才能“看得更远”。例如,科学家比较了它的灵敏度,即使有人在月球上打电话,他们也能被“看见”。

调试两年,因为世界上没有先例,很多问题只能由FAST团队解决。江鹏说,巨型射电望远镜的调试是一项跨学科的应用研究。世界上传统大型射电望远镜的调试期很少少少于四年。FAST为建造巨型射电望远镜创造了一个新模型,其试运行也极具挑战性。

与其他望远镜相比,FAST的系统结构更加复杂。通过FAST团队的努力,实时机械仿真技术大大提高了望远镜对设备故障的容忍度,馈源支撑系统也实现了系统集成。FAST实现了对特定目标的跟踪和观察,并稳定地从目标源获取无线电信号。此外,随着调试的进一步发展,FAST的性能也得到了显着提高。“快速科学团队可以在短时间内实现望远镜的功能调试,完成最困难和最危险的调试过程。”江鹏表示,如果没有事故发生,FAST预计明年完成所有调试。

“感官的宁静、寂静、美丽的宇宙和空间以其神秘和华丽,召唤我们穿越平庸,进入它的广阔无垠……”中国科学院国家天文台已故研究员、FAST项目首席科学家兼总工程师南任栋用诗意的语言说话,使人们对FAST的未来充满憧憬。(贵州省平塘市科技日报,9月16日)

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