拼出黑洞的那些全球望远镜照片别糟践!加上PCA演算法让黑洞「动」了起来

本站特约记者:每天梦幻礼包送送送
每天梦幻礼包送送送 2年前 (2019-07-18) 硬件评测 232 0

sunbet下载

申博sunbet官网是申博太阳城在亚太地区创建的、专注于申博开户(sunbet开户)、sunbet下载的娱乐平台。二十多年的运营经验,值得您的信赖!

,
小尺寸耳机也能达成极致降噪!东京 Sony WF-1000XM3 研发团队关照你Sony 如何想象降噪耳机

2019年4月10日,事件视界望远镜(EHT)国际合作专案的天体物理学家宣布,他们首次捕获到了黑洞的图象。为了完成这张特写,科学家们调动了全球从两极到赤道共8个天文台的实力举办图片材料拍摄,今后,又有来自全球的62家科研机构合营介入了照片的合成。悉数专案耗时近三年,可以说是倾「全人类之力」完成的一件壮举。除了黑洞照片自身,为了完成图象而获取到的数据也许关于相关钻研更为重要。事件视界望远镜每一个晚上所发生发火材料量可达2PB,有了这些数据天文学家可以理会出来黑洞的周围有什么,这些东西以什么样的状态存在,还可以拼接出一部关于黑洞的动态影象。



还记得小时刻做的翻页动画吗?将足够多的图片叠在一同,只需翻的够快,就可以够将一叠静态的简笔画变成动画。



着实,影片的记载就是透过高频地捕获静态画面所完成的,电影实际上就是像我们将小连续图案快速翻页一样,高速播放具有连续性的图片。因为人眼视网膜具有视觉暂留效应,切换画面时人脑内依旧会存在上一幅图片的视觉。当高速切换画面时,人大脑内的影象就可以连起来,在视觉上组成连续的动画效果。



现在,有人想用一样的体式款式,用足够多的图,做出一个属于黑洞的「翻页动画」。



2019年4月10日,事件视界望远镜(EHT)国际合作专案的天体物理学家宣布,他们首次捕获到了黑洞的图象。为了完成这张特写,科学家们调动了全球从两极到赤道共8个天文台的实力举办图片材料拍摄,今后,又有来自全球的62家科研机构合营介入了照片的合成。悉数专案耗时近三年,可以说是倾「全人类之力」完成的一件壮举。



除了黑洞照片自身,为了完成图象而获取到的数据也许关于相关钻研更为重要。事件视界望远镜每一个晚上所发生发火材料量可达2PB(1PB=1000TB=1,000,000 GB),有了这些数据天文学家可以理会出来黑洞的周围有什么,这些东西以什么样的状态存在,还可以拼接出一部关于黑洞的动态影象。



早在1979年,影视作品里就出现过人们关于黑洞的想像。关于这个处在生涯在量子和引力的交汇处、最大又最小的天体,一张图象就可以够激发起全球的兴趣,那一部关于电浆体周期性的起伏,变亮和变暗的黑洞电影又会发生发火如何的骚动呢?



黑洞电影:一个黑科技版本的「翻页动画」



美国国家科学基金会钻研员Lia Medeiros正在用事件视界望远镜(Event Horizon Telescope),一个为科学家们供给捕获第一张黑洞图片所需数据的全球望远镜阵列,我们也许也能用这些材料来制作一部黑洞电影。



Lia Medeiros,物理学家,天体物理学家,美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)钻研员「你可以把它想像成小时刻制作的翻页动画,只不过是一个非常高科技,有点科幻小说性质的版本。」Medeiros透过竖立一系列逐渐变化的图象并将它们组合起来,希望为我们展现一个燃眉之急的黑洞的活动。



竖立黑洞影片背后的基础原理和小时刻玩的「翻页动画」一样



着实在黑洞之前,Medeiros已介入了处女座一个巨型椭圆星系—Messier 87(或称M87)第一张黑洞图象的生成。这个比太阳大60亿倍的庞大黑洞对事件视界内部以致其周围的任何物体都施加了庞大的引力,没有任何物质可以逃脱开去。



事件视界,亦称事件穹界,英文名Event Horizon,是一种时空的区隔界限。视界中任何的事件皆没法对视界外的视察者发生发火影响,在黑洞周围的就是事件视界。在非常庞大的引力影响下,黑洞周围的逃逸速度大于光速,使得任何光泽都不可以从事件视界内逃脱。(材料来源:wikipedia)



不过,现在,这位科学家正专注于钻研我们银河系中心的超大质量黑洞—射手座A*(Sagittarius A*,也称为Sgr A*)。这个距地球约26000光年,直径大约是太阳的18倍的黑洞有着半径约为790万英里的黑洞外表,数百名科学家曾花费了悉数职业生涯对它举办钻研,现在我们已可以制作出与它类似的电影。而且,射手座A*可以对科学家们期待举办的引力理论测试至关重要。



Lia Medeiros个人网站



 



因为M87比视察到的其他黑洞大很多,其图象变动的时刻标准也因此长很多,所以科学家们在12小时内并没有视察到数据或图象的太大变化。而Sgr A*则是另一种状态了,在12小时的时刻跨度内,科学家们视察到发光区域的亮度和外形是波动变化的,这是因为旋绕黑洞改变的电浆体自身也在改变。



Medeiros说:「Sgr A*的图象变化速度快于我们收集足够的数据来重建图象所需的时刻。」



「这一时刻序列图象非常令人兴奋,因为它可以辅佐我们邃晓以致Sgr A*以及很多其他黑洞变化的启事,」Medeiros说道,「我们已视察到Sgr A*是显著发光的。但我们仍不了解其发光的启事。经过历程钻研黑洞图象在悉数视察历程当中如何随时刻变化,我们希望可以知道是什么启事以致了这些发光现象的发生发火。」



 



亚利桑那大学天文学院和史都华天文台助理天文学家Chi-Kwan Chan说道,很多科学家都希望了解黑洞的光泽明暗变化,他希望有一部动态电影可以辅佐他们做到这一点。



「因为落入其中的电浆体所组成的黑洞吸积盘变化很大,因此静态图象并不能让我们足够了解,」他说道。「取得动态影象可以辅佐我们更好地了解正在发生发火的事项。」

华为为「拍玉轮的方法」申请专利曝光,网友:玉轮也是华为的?

小尺寸耳机也能达成极致降噪!东京 Sony WF-1000XM3 研发团队关照你Sony 如何想象降噪耳机



用一部电影考验我们最好的理论

一部黑洞电影可以辅佐科学家们更好地了解黑洞自身。



Medeiros的事变实际上可以辅佐科学家更好地了解宇宙的运作。它以致可以改变我们对引力的思考体式款式。我们可以不能不经过历程钻研这些引力怪物的时刻序列图象来重新思考我们在小学时学到的关于引力的一切。



黑洞,可以被视为我们所知道的20世纪物理学卓绝成就之一—爱因斯坦的相对论的美满考验平台。科学家们基础上会拿爱因斯坦的广义相对论与宇宙中最强大的引力举办比较考据。广义相对论关照我们的是我们所知道的,或以为我们所知道的关于引力的学问。如果广义相对论在事件视界不能完整竖立,那么这个理论可以需要重新推敲。



她的事变也可以关照我们更多关于量子力学如何和引力理论相互作用的讯息。关于那些优秀的物理学家来说,量子力学至今还是相等神祕。



量子掌管着看似不可瞻望的亚原子世界,而广义相对论则被以为可以解释大到黑洞局限的庞大引力。它们都是庞大的理论,迄今为止已经过历程了科学家们对其举办的每一次实验。但是,当它们被放在一同推敲时,并不总是有效的。科学家们需要在更极端的条件下考验这些理论。因此,黑洞被以为是美满的考验平台。



拍摄一部黑洞电影可以会改变科学的游戏规则,因为黑洞是宇宙中唯一需要科学家们用两种理论对其举办解释的物体。俭朴地说,黑洞生涯在量子和引力的交汇处。黑洞电影可以为科学家们供给所需的讯息,看看它们是否是像我们所希冀的那样活动,辅佐科学家们邃晓这两大科学理论的复杂交集。



「我们还未能将相对论和量子力学放在一同推敲,」Medeiros说道,「黑洞是宇宙中为数不多的需要两种理论才解释的东西之一。因为它非常非常大却也非常非常小,处于这两个理论的极端。如果我们看到了意想不到的事,那可以是因为这两个理论中起码其中一个崩溃了。并不是说牛顿或爱因斯坦是错的,只是因为这些方程式是简化了的。当遇到极端状态时,这些理论可以行不通。方程式可以并不是完整的。」



Medeiros补充道,「如果我们看到了一些意想不到的事,它可以会改变一切。如果我们发现一些事项和我们的预期并不一致,那么这毫无疑问是一个振奋人心的机遇,一个可以更好地解释这个宇宙的机遇。」



关于Medeiros来说,制作第一部黑洞电影令人振奋,但并不像取得这些科学问题的答案那样激动人心。那么,如果Sgr A*距离地球26000光年,Medeiros又将如何制作出一部关于它的电影呢?



用机器学习措置责罚来自世界各地望远镜的多量数据

位于亚利桑那州格雷厄姆山(Mt. Graham)上的次毫米波望远镜



为了把第一部电影,也许说是时刻序列的图象放在一同,她应用了事件视界望远镜阵列所收集到的多量数据,这些数据曾被用来竖立最初的黑洞图象。这个阵列并没有捕获到黑洞的实际图象。它捕获到是数PB材料(译者注:1PB=1024TB=1048576GB)的关于从黑洞的环形外表中发射出的无线电波的原始数据。



用智慧型演算法填充缺失数据

Medeiros正在应用EI Gato(超大先进技术,Extremely LarGe Advanced TechnOlogy)电脑集群,这是一个由美国国家科学基金会和亚利桑那大学合营资助的高性能系统。经过历程应用特制的硬体,如Nvidia K20X GPU和Intel Xeon Phi 5110p协措置责罚器,系统可以措置责罚多量的数据并对其举办数学形势的转换,使之变成图象。



「我们正在举办模拟,随后我们会将这些模拟数据用作演算法的演习集,这样我们就可以够发生发火一系列时刻序列的图象,」她解释道。「电影就是一系列时刻序列的图象。我们想看到黑洞的图象是如何随时刻变化的。」



这里有一个问题,就是她取得的数据并不完整,有很多缺失的部分。Medeiros需要填充缺失的数据来竖立完整的图象。她需要的是一个智慧型演算法,经过历程将数据集和模拟数据输入其中,对其举办演习,使其可以填充缺失数据,并辅佐她生成时刻序列图象。



Medeiros算计写一个基于主因素理会(Principle Component Analysis,PCA)的演算法。主因素理会是一种理会或表示复杂数据的方法,可以将含有多量变量的鸠合转换成只含有少数变量的鸠合,但仍包含着大鸠合中的大部分讯息。也可以说很多机器学习应用基础的线性支配—主因素理会,是将数据降维到原始数据的重要因素。作为数据理会和瞻望东西之一,主因素理会经常用于遗传学和金融学。



关于她的黑洞电影创作来说,Medeiros正在她编写的演算法中嵌入主因素理会方法,使其成为可以透过她加入的数据举办学习的一种智慧型演算法。



「我的主张是,将这个演算法应用到演习集中去,生成10到20张图象,」她解释道。「我可以应用演习集来辨识那些将被用于构建黑洞的图象。经过历程这些基础构件,我可以用演算法生成一张缺失值被填充后的图象。」



为了发生发火第一张黑洞图象,科学家们需要为他们的演算法供给12小时的望远镜视察数据,而这些演算法并没有应用机器学习。借助于机器学习,Medeiros可以用相同数量的数据生成时刻序列的图象。



可以给世界带来第一部黑洞电影的Medeiros的演算法背后的数学原理只需几行程式码。



「如果不应用主因素理会,我不知道如何去做,」她说道。「如果没有这类演算法,我可以都不会尝试制作这样一部电影。」



关于钻研职员来说,她的事变是将好奇心,对数学、科学的深嗜以及对宇宙中庞大的和微小的部分的邃晓融会在一同的。「作为人类,我们是在一个漂浮在太空中的微小的点上面的微小的点。我们提出了数学这一言语,辅佐我们更好地邃晓我们生涯的宇宙。」



  • 材料来源:Next step in black hole science: Making a 'movie'
  • 本文授权转载骄傲数据文摘

Shares



Facebook LINE Twitter
Google 地图可查共享单车资讯,新北市 YouBike、高雄 City Bike 都能查询

华为为「拍玉轮的方法」申请专利曝光,网友:玉轮也是华为的?

申博声明:该文看法仅代表作者自己,与本平台无关。转载请注明:拼出黑洞的那些全球望远镜照片别糟践!加上PCA演算法让黑洞「动」了起来

网友评论

  • (*)

最新评论

标签列表