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黑洞背后的女人!人类首张黑洞照片是怎样拍摄出来的? 这位天才少女火了!

新闻来源: 卡尔加里微生活 于 2019-04-15 11:13:03  


它像甜甜圈,像蜂窝煤,像索伦之眼……4月10日,黑洞的高清大图一经放出就成为了网红,引发了全世界轰动。黑洞真面目的曝光,意味着人类向宇宙又迈进了一步,是人类科学界的巨大成就。

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而和这张黑洞照片同时惊艳全球的,是一个年轻的女孩。没有她,就没有黑洞的真面目。外媒称她是“黑洞背后的幕后英雄”、“黑洞背后的天才少女"。她就是Katie Bouman,虽然年仅29岁,已经获得了麻省理工电子工程和计算机科学的博士学位,现在担任麻省理工的助理教授。

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人类“拍”到的第一张黑洞照片,并不是像我们拿手机拍照那样,点下屏幕就好,而是需要分布在全球各地的许多天文望远镜在同一时间“按下快门”,记录无线电数据。然后,再依靠机器学习算法,把数据拼到一起,重建出图像。而这个“洗照片”的任务,就是Katie Bouman在麻省理工学院(MIT)读博时做的项目。Katie Bouman带领的一支研究团队,就打造了一套编译EHT数据用的强大算法,最终帮助捕捉到了这张史无前例的图像:一个特大质量黑洞及其位于M87星系中心的阴影。

六年前,Katie Bouman开始了她在MIT CSAIL的博士生涯,想要研究“如何看见或者测量肉眼看不见的东西”,黑洞简直是再合适不过的研究对象了。因此,她加入了EHT(事件视界望远镜)团队。

Katie Bouman的本科读的密歇根大学的电气工程,硕士读的是MIT的电气工程和计算机科学专业,可以说,对于天文方面,她当时一窍不通。就这样,她开始研究“把多台天文望远镜获得的数据合成一张黑洞照片”的算法。

一搞就是三年的秘密工作。在2016年之前,这个项目一直是保密的,研究这么激动人心的项目,Katie Bouman却憋着不能说,连自己的家人都没告诉。

而且直到2017年6月,Katie Bouman的算法才终于可以开始实战。她收到了一堆装着黑洞观测数据的硬盘:

这些硬盘中的数据,来自智利、夏威夷、南极洲、亚利桑那、西班牙、墨西哥六个地方的一共八台天文望远镜。

由于数据过于庞大,通过网络传输太慢了。存储数据的那些硬盘,最后是通过飞机空运,转送到Katie Bouman所在的实验室。这些存储黑洞数据的硬盘,重达半吨!

而且,这半吨硬盘里的数据不仅仅是黑洞,还包含天空中的各种复杂、凌乱的数据,Katie Bouman要靠这些数据,拼出一张完整的黑洞写真。本来,根据射电望远镜数据还原天体图像需要人类天文学家参与。他们以自己的专业知识,将成像算法指引到他们认为正确的方向。

然而面对PB级稀疏、嘈杂的数据,想靠人力从中找出图像太难了。于是,他们使用了机器学习方法。

虽然这支团队已经花了好几年的时间构建算法,在合成数据上实验,但直到有了这些硬盘,他们才能真正知道他们的算法,是不是真的能捕捉到不可见的黑洞。

洗照片的过程中,一度有四个团队同时工作,每个团队负责分析一部分数据。

原本预计一年洗好的照片,花了两年时间才让世界看到。除了耗时之外,Katie Bouman也说过,团队就是一口大锅,里面有天文学家,物理学家,数学家,工程师……如果不是这样,也不可能完成这个从前看来不可能的任务。

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而她的工作,是在照片终于合成成功并公布之后,凯蒂终于可以告诉全世界,合成第一张黑洞照片的意义:这是我们了解黑洞的一个窗口,从这里开始,我们验证了我们的物理规律。虽然我们已经靠理论推断出黑洞的样子,但只有亲眼所见才能验证,因此,看到黑洞图像也是巨大的科学进步。4月10日,Katie Bouman在FB主页发消息,并附上了生成黑洞时的工作照片,难掩喜悦之情:

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Katie Bouman还做过一个TED演讲《怎样拍摄一张黑洞的图片》。她说:“我想鼓励你们所有人走出去,帮助推动科学的界限,即使它最初看起来像黑洞一样神秘。”

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硬盘的照片也让人想起1969年,为阿波罗登月计划编写程序的女性计算机科学家Margaret Hamilton那张著名的照片。

Margaret Hamilton帮助实验室开发阿波罗计划汇总航天器搭载的飞行软件,从而防止了阿波罗11号登月计划中缀。可以说,没有Margaret Hamilton,就没有阿姆斯特朗的一小步和人类的一大步。

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Margaret Hamilton和她的阿波罗登月计划的代码50年前,一位女性用代码送人类看月亮。50年后,又一位女性用代码带人类见了黑洞。都说,理工科是男生的天下,外媒报道的最新数据显示,世界上只有约30%的研究人员是女性。Bouman的同事大部分都是男性,她是为数不多的女性研究员。历史上女科学家的成就很少被人关注。

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在这之前Bouman不知道努力会不会有回报,不知道自己会不会像无数作出巨大贡献却没有得到社会认可的女科学家一样,要等到去世多年后才被人想起。但她也不那么在意名利,转身回到学校,Bouman已经开始了自己的新课题:“我想设计能将算法和传感器紧密结合在一起的系统。”

总而言之,这些不断追求专业精神、探索世界未知的科学家们,值得被世人铭记。

向Katie Bouman们致敬!

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网编:网事随风

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