美国宇航局的罗马任务通过超级计算机获得宇宙“预览”

Josiah · 发表于 2024-6-17 15:30:15

　　美国国家航空航天局喷气推进实验室的科学家参与了一个项目，为两台望远镜探究天体物理学最大的谜团之一奠定了基础。
　　研究人员正在深入研究一个人造宇宙，以帮助我们更好地了解真实的宇宙。利用美国能源部位于伊利诺伊州的阿贡国家实验室的超级计算机，科学家们已经创建了近 400 万张模拟图像，描绘了美国宇航局的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜和智利的维拉·C·鲁宾天文台将看到的宇宙。
　　北卡罗来纳州达勒姆市杜克大学物理学副教授迈克尔·特罗克塞尔 (Michael Troxel) 领导了这项模拟活动，这是一项名为 OpenUniverse 的更广泛项目的一部分。该团队目前正在发布这些数据的 10 TB 子集，其余 390 TB 将在处理完毕后于今年秋天发布。
　　“利用阿贡国家实验室现已退役的 Theta 机器，我们在大约九天内就完成了使用笔记本电脑需要 300 年才能完成的工作，”负责该项目超级计算机时间的阿贡国家实验室高能物理部门副主任、宇宙学家 Katrin Heitmann 说。
　　“研究结果将影响罗曼和鲁宾未来阐明暗物质和暗能量的尝试，同时也为其他科学家提供预览，让他们了解可以利用望远镜数据探索哪些类型的事物。”
　　宇宙彩排
　　这次模拟首次将望远镜的仪器性能考虑在内，使其成为罗曼和鲁宾开始观测后看到的宇宙迄今为止最准确的预览。鲁宾将于 2025 年开始运行，NASA 的罗曼将于 2027 年 5 月发射升空。
　　模拟的精度非常重要，因为科学家将仔细检查天文台的未来数据，寻找有助于他们解开宇宙学最大谜团的微小特征。
　　罗曼和鲁宾都将探索暗能量——一种被认为加速宇宙膨胀的神秘力量。由于它在控制宇宙方面发挥着重要作用，科学家们渴望了解更多有关它的信息。像 OpenUniverse 这样的模拟可以帮助他们了解每台仪器在图像上留下的痕迹，并解决数据处理方法，以便他们能够正确解读未来的数据。这样，科学家们就能够从微弱的信号中做出重大发现。
　　“OpenUniverse 让我们能够校准对这些望远镜能发现什么的预期，”帮助创建该模拟系统的美国能源部加利福尼亚州门洛帕克 SLAC 国家加速器实验室的科学家 Jim Chiang 说道。
　　“它让我们有机会锻炼我们的处理流程，更好地理解我们的分析代码，并准确地解释结果，以便我们可以在真实数据开始进入时立即准备使用它们。”
　　然后，他们将继续使用模拟来探索可以重现天文台所看到的宇宙景象的物理和仪器效应。
　　伸缩团队合作
　　需要来自多个组织的庞大而优秀的团队来进行如此大规模的模拟。
　　“世界上很少有人有足够的技能来运行这些模拟，”美国宇航局南加州喷气推进实验室的研究科学家、OpenUniverse 首席研究员 Alina Kiessling 说。“这项艰巨的任务只有在美国能源部、阿贡国家实验室、SLAC 和美国宇航局的合作下才得以实现，他们汇集了所有合适的资源和专家。”
　　一旦罗曼和鲁宾开始观察宇宙，该项目将进一步推进。
　　“我们将利用这些观测结果让我们的模拟更加准确，”基斯林说。“这将使我们更深入地了解宇宙随时间的变化，并帮助我们更好地理解最终塑造宇宙的宇宙学。”
　　罗曼和鲁宾的模拟覆盖了同一片天空，总计约 0.08 平方度（大致相当于满月覆盖天空面积的三分之一）。今年晚些时候将发布的完整模拟将覆盖 70 平方度，大约相当于 350 个满月覆盖的天空面积。
　　将它们重叠起来可以让科学家学会如何利用每台望远镜的最佳优势——鲁宾望远镜视野更广阔，罗曼望远镜视野更清晰、更深邃。两者结合将产生比研究人员单独使用任何一台天文台所能获得的更好的约束。
　　“像我们所做的那样，将模拟结果连接起来，让我们可以进行比较，看看罗曼的太空调查将如何帮助改善鲁宾的地面调查数据，”海特曼说。“我们可以探索找出鲁宾图像中混合在一起的多个物体的方法，并将这些修正应用于更广泛的覆盖范围。”
　　科学家可以考虑修改每台望远镜的观测计划或数据处理流程，以实现两者的结合使用。
　　“我们在简化这些流程和使它们可用方面取得了显著进展，”Kiessling 说道。与加州理工学院/IPAC 的 IRSA（红外科学档案）的合作使模拟数据现在可供访问，因此当研究人员将来访问真实数据时，他们已经习惯了这些工具。“现在我们希望人们开始使用模拟来了解我们可以做出哪些改进，并准备尽可能有效地使用未来的数据。”

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美国宇航局的罗马任务通过超级计算机获得宇宙“预览”

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