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世界上最大的数码相机 来了! 天文学革命?
世界上最大的数码相机 来了! 天文学革命?世界上最大的数码相机 来了! 天文学革命?
鲁宾天文台将开启下一代天文学革命，天文学将从图像时代进入电影时代。图/鲁宾天文台
值得一提的是，伴随着天文学进入电影时代，背后将涉及前所未有的海量数据。据天文学家测算，鲁宾天文台每晚将产生超过20TB（20万亿字节）的数据，10 年内将产生约60PB（1PB=1024TB）的数据，这是哈勃望远镜自1990年发射以来，34年内拍摄到的所有图像数据的100倍，是维基百科数据的100万倍，这些数据必须经过实时处理，才能转化为研究对象，但这靠人力是不可能完成的。因此，天文学家的一个共识是：鲁宾天文台将促使天文学彻底进入大数据时代——这是一个早已开始的趋势，AI算法在未来研究中会扮演越来越重要的角色。
实际上，早在LSST计划确立之初，就已组建了专门的信息学与数据处理团队，主要负责设计专门的算法来优化数据处理过程，减少误报，减轻繁重的计算负担，并帮助天文学家识别值得研究的最佳事件对象。正式运行后，鲁宾天文台相机拍摄到的每张图像从智利传回加州只需要60秒，在赤道另一头的实验室里，AI算法将首先对图像进行分析，判断对象天体是否有任何值得记录的移动或变化，然后再向研究人员发出警报。
“我们预计望远镜每晚会发出约1000万条事件警报。”鲁宾天文台的天文学推广专家克莱尔·希格斯说，“这些警报包括天空中发生的任何变化，涵盖一系列研究对象，如太阳系天体、小行星和超新星等，这就是机器学习如此重要的原因。”
正如“AI教母”李飞飞创建的计算机视觉识别领域的公开大型数据集ImageNet之于大模型的作用一样，在天文学的大数据时代，数据的公开对研究上的突破同样具有重大意义。希格斯指出，鲁宾天文台产生的数据将每年发布给一组选定的天文学家，再过两年，所有数据会全部开放给公众，供全球科学界研究。
“称量”宇宙
很多人的电脑桌面都曾用哈勃望远镜拍摄的宇宙图片作为背景，瑰丽的玫瑰色宇宙中，除了引人瞩目的闪烁点状繁星外，有时还会遇到一些弯曲的弧线，这就是鲁宾天文台最想捕捉到的图像之一，这些弧线很可能揭开暗物质的神秘面纱。
在鲁宾天文台的四个主要科学目标中，探索暗物质、理解暗能量排在首位，其他目标还包括测量太阳系、绘制银河系地图以及探索瞬态天文事件，这些任务都很重要，可以让人类更了解“现有的宇宙”。但在所有目标中，对于暗物质的探索是最深刻的，因为这种“看不见”的神秘物质构成了宇宙中85%的物质，人类却对其所知甚少。暗物质是“宇宙中的大象”，如果真的捕捉到它，则可能颠覆“现有的宇宙”，创造“全新的宇宙”。
实际上，鲁宾天文台的命名正是源自美国女性天文学家薇拉·鲁宾，这也是美国历史上第一个以女性命名的天文台。20世纪70年代，鲁宾通过研究星系的运转速度，发现了暗物质存在的第一份确切证据，给当年的天文学界带来了一次“地震”。近半个世纪后，今天的天文学家接棒了鲁宾的任务。
寻找暗物质的众多物理学手段中，引力透镜是一个很有效的工具。暗物质既不发光，也不参与电磁相互作用，和其他天体相互关联的唯一方式是通过引力。爱因斯坦早在1912年就提出引力能使光线弯曲，光就像穿过一个透镜，或者说穿过一个“变焦镜头”。
天文学家很快发现，引力透镜是探测暗物质性质的绝佳方式。一个引力透镜事件中，来自遥远星系的光，会被大质量星系团的引力所吸引而导致扭曲，通过测量光线扭曲的程度，可以间接估算出星系团的质量分布，这其中大部分是暗物质质量。简言之，我们可以利用引力透镜绘制出宇宙中暗物质的三维地图。
哈勃望远镜2008年发布的图像“阿贝尔2218”就是一张典型的引力透镜照片。阿贝尔2218是位于天龙座、距离地球大约21亿光年的一个星系团，它是一个强大的透镜，可以放大隐藏在它背后的所有遥远星系，这些星系的影像被扭曲为长短不一的各种弧线，有的呈蓝色，有的呈橙色，遍布整个画面。
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值得一提的是，伴随着天文学进入电影时代，背后将涉及前所未有的海量数据。据天文学家测算，鲁宾天文台每晚将产生超过20TB（20万亿字节）的数据，10 年内将产生约60PB（1PB=1024TB）的数据，这是哈勃望远镜自1990年发射以来，34年内拍摄到的所有图像数据的100倍，是维基百科数据的100万倍，这些数据必须经过实时处理，才能转化为研究对象，但这靠人力是不可能完成的。因此，天文学家的一个共识是：鲁宾天文台将促使天文学彻底进入大数据时代——这是一个早已开始的趋势，AI算法在未来研究中会扮演越来越重要的角色。
实际上，早在LSST计划确立之初，就已组建了专门的信息学与数据处理团队，主要负责设计专门的算法来优化数据处理过程，减少误报，减轻繁重的计算负担，并帮助天文学家识别值得研究的最佳事件对象。正式运行后，鲁宾天文台相机拍摄到的每张图像从智利传回加州只需要60秒，在赤道另一头的实验室里，AI算法将首先对图像进行分析，判断对象天体是否有任何值得记录的移动或变化，然后再向研究人员发出警报。
“我们预计望远镜每晚会发出约1000万条事件警报。”鲁宾天文台的天文学推广专家克莱尔·希格斯说，“这些警报包括天空中发生的任何变化，涵盖一系列研究对象，如太阳系天体、小行星和超新星等，这就是机器学习如此重要的原因。”
正如“AI教母”李飞飞创建的计算机视觉识别领域的公开大型数据集ImageNet之于大模型的作用一样，在天文学的大数据时代，数据的公开对研究上的突破同样具有重大意义。希格斯指出，鲁宾天文台产生的数据将每年发布给一组选定的天文学家，再过两年，所有数据会全部开放给公众，供全球科学界研究。
“称量”宇宙
很多人的电脑桌面都曾用哈勃望远镜拍摄的宇宙图片作为背景，瑰丽的玫瑰色宇宙中，除了引人瞩目的闪烁点状繁星外，有时还会遇到一些弯曲的弧线，这就是鲁宾天文台最想捕捉到的图像之一，这些弧线很可能揭开暗物质的神秘面纱。
在鲁宾天文台的四个主要科学目标中，探索暗物质、理解暗能量排在首位，其他目标还包括测量太阳系、绘制银河系地图以及探索瞬态天文事件，这些任务都很重要，可以让人类更了解“现有的宇宙”。但在所有目标中，对于暗物质的探索是最深刻的，因为这种“看不见”的神秘物质构成了宇宙中85%的物质，人类却对其所知甚少。暗物质是“宇宙中的大象”，如果真的捕捉到它，则可能颠覆“现有的宇宙”，创造“全新的宇宙”。
实际上，鲁宾天文台的命名正是源自美国女性天文学家薇拉·鲁宾，这也是美国历史上第一个以女性命名的天文台。20世纪70年代，鲁宾通过研究星系的运转速度，发现了暗物质存在的第一份确切证据，给当年的天文学界带来了一次“地震”。近半个世纪后，今天的天文学家接棒了鲁宾的任务。
寻找暗物质的众多物理学手段中，引力透镜是一个很有效的工具。暗物质既不发光，也不参与电磁相互作用，和其他天体相互关联的唯一方式是通过引力。爱因斯坦早在1912年就提出引力能使光线弯曲，光就像穿过一个透镜，或者说穿过一个“变焦镜头”。
天文学家很快发现，引力透镜是探测暗物质性质的绝佳方式。一个引力透镜事件中，来自遥远星系的光，会被大质量星系团的引力所吸引而导致扭曲，通过测量光线扭曲的程度，可以间接估算出星系团的质量分布，这其中大部分是暗物质质量。简言之，我们可以利用引力透镜绘制出宇宙中暗物质的三维地图。
哈勃望远镜2008年发布的图像“阿贝尔2218”就是一张典型的引力透镜照片。阿贝尔2218是位于天龙座、距离地球大约21亿光年的一个星系团，它是一个强大的透镜，可以放大隐藏在它背后的所有遥远星系，这些星系的影像被扭曲为长短不一的各种弧线，有的呈蓝色，有的呈橙色，遍布整个画面。
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