أنشأ علماء الفلك ومطوري البرمجيات بنية تحتية لمعالجة وتوزيع Petabytes (PB) من المعلومات من كاميرا رقمية يمكنها التقاط صورة لكرة الجولف على بعد 384000 كم.
باستخدام “أكبر كاميرا رقمية في العالم” ، يقوم مرصد Vera C Rubin بإجراء المسح الفلكي من السماء الجنوبية المتاحة كل ليال بضع ليال لإنشاء فيلم timelapse للكون. نشرت صورها الأولى في وقت سابق من هذا الأسبوع (23 يونيو 2025).
يجلس المرصد ، الذي سمي على اسم عالم الفلك الذي اقترح أولاً وجود المادة المظلمة في الكون ، في شمال تشيلي ، ولكن يتم إرسال البيانات التي تنتجها إلى ماركات البيانات في المملكة المتحدة ، حيث تتم معالجتها وإتاحة الوصول إلى العلماء.
يشارك حوالي 20 من مهندسي البرمجيات والعلماء الحسابيين ، في أماكن مختلفة ، في الجزء المملكة المتحدة من المشروع ، والذي يتضمن تنظيف بيانات لجعلها جاهزة للعلوم ، وتوفير الوصول إلى البيانات إلى علماء الفلك وتزويدهم بتنبيهات.
بحلول نهاية المسح لمدة 10 سنوات ، أنتج مشروع المسح القديم لمشروع الفضاء والوقت (LSST) حوالي 200pb من البيانات الجاهزة للعلوم ولديه أرشيف كامل يبلغ حوالي 500pb.
يقف مرصد روبن على Cerro Pachón في تشيلي ضد سماء مليئة بمسارات النجوم في صورة السماء الليلية الطويلة هذه
وقال العالم الحسابي إن المرصد يتم تمويله في المقام الأول من قبل وكالات الأبحاث الأمريكية جورج بيكيت، مدير البرنامج في جامعة إدنبرة ، والذي يشرف على البنية التحتية للتكنولوجيا لدور المملكة المتحدة في مشروع LSST.
أكبر كاميرا رقمية في العالم
وقال لـ Computer Weekly: “لقد بنوا بشكل أساسي أكبر كاميرا رقمية في العالم وقاموا بتركيبها على تصميم مرآة مبتكرة للغاية للتلسكوب ، للسماح لها بالتقاط السماء بسرعة كبيرة.”
يمكن للكاميرا أن تغطي السماء الجنوبية بأكملها في ثلاث أو أربع ليال فقط والحصول على صورة بسرعة ، مما يسمح بملاحظات تكرار لكل جزء من السماء والتحديد.
تم تثبيت كاميرا LSST على تلسكوب Simonyi للمسح في مرصد NSF -Doe Vera C Rubin
يتوقع المشروع تصوير كل رقعة من السماء حوالي 800 مرة على مدى 10 سنوات لصنع “صورة حساسة حقًا”.
وقال بيكيت: “من خلال تجميع الكثير من الصور والضوء الذي تم التقاطه من قبلهم ، يمكننا أن ننظر إلى الوراء حوالي 1.2 مليون سنة ضوئية ، وهو أبعد مما تمكنا من الخوض من قبل”.
يمكن أن ترى أشياء لم يسبق لها مثيل من قبل ، مثل الكويكبات الصغيرة جدًا والأشياء المماثلة في النظام الشمسي ، وربما النجوم المختلفة التي تكون خافتة للغاية بحيث لا يمكن رؤيتها بواسطة تلسكوبات أخرى أو مرافق مراقبة.
وأضاف بيكيت: “إنهم يأملون أيضًا في التقاط الكثير من التغييرات المثيرة للغاية التي تحدث من حولنا. واحدة من أكثر التغيرات إثارة للاهتمام هي تنفجر الطحالب الفائقة ، والتي هي موت بعض النجوم”. “إنه مصمم لتغطية مجموعة كاملة من التطبيقات المختلفة ، كل شيء من فهم صنع الطاقة المظلمة والمواد المظلمة ، إلى فهرسة الكويكبات من حوالي 20 إلى 40 مترًا ، وهي مثيرة للاهتمام في حد ذاتها ، ولكن أيضًا التهديدات المحتملة للأرض.”
هذا الرسم التوضيحي يصور NSF -Doe Vera C Rubin مرصد التقاط ضوء من الطبقات الفائقة ، الوفيات المتفجرة للنجوم الضخمة
يمكن للمرصد القيام بذلك من خلال كاميرا ذات دقة عالية للغاية ، بفعالية 3.2 جيجابل. “قد تكون الكاميرا ذات الدقة العالية على الإطلاق و [in size terms] يمكن أن يصور كرة غولف على سطح القمر. “
على مدار 10 سنوات ، ستستضيف المملكة المتحدة واحدة من ثلاثة مرافق للبيانات الدولية وتعالج حوالي 1.5 مليون صورة ، حيث تلتقط حوالي 10 مليارات نجمة ومجرات. عند اكتماله ، من المتوقع أن يرفع المسح الكامل ما يصل إلى 500pb من البيانات.
مكثفة حسابيًا
يساهم فريق المملكة المتحدة في البرمجيات والجوانب العلمية الحسابية للمشروع.
يتضمن ذلك تنظيف الصور الخام التي تأتي من كاميرا التلسكوب عن طريق إزالة ، على سبيل المثال ، التشويه في الغلاف الجوي والضوضاء المنهجية من التلسكوب. هذا ، وفقًا لـ Beckett ، هو “مكثف حسابيًا ، ويستغرق ملايين ساعات الحوسبة”.
عرض خارجي لكاميرا LSST على منصة الرفع العمودي أثناء تركيبها على تلسكوب Simonyi Survey في مرصد Vera C Rubin
يستخدم فريق المملكة المتحدة نفس أنظمة الحوسبة المستخدمة في مصادم هادرون الكبير. تساهم الولايات المتحدة وفرنسا أيضًا في هذا الجزء من المشروع.
تنقسم البيانات إلى فئتين. “البيانات الساخنة” هي ما يحتاجه علماء الفلك للوصول إلى الطلب ، في حين يتم استخدام “البيانات الباردة” لمزيد من العمليات الاستراتيجية القائمة على الحملات ، حيث يأخذ مجتمع العلوم كمية كبيرة من البيانات وينقلها إلى أ الكمبيوتر عالي الأداء النظام ، مثل Archer2 في المملكة المتحدة.
وقال بيكيت إن الفريق يبني حاليًا بعض “صفائف القرص الكبيرة جدًا” التي ستضم بيانات تتطلب الوصول عند الطلب ، في حين سيتم استخدام الشريط للبيانات التي ، على الرغم من أنها مهمة للغاية ، لا يتم استخدامها كل يوم ، أو يتم استخدامها فقط في أوقات معينة.
وصول المجتمع عند الطلب
في المملكة المتحدة ، فإن بوابة العلوم للمجتمع الدولي قادر على توصيل حوالي 1500 من علماء الفلك بالبنية التحتية للبحوث الرقمية في المملكة المتحدة لدعم استغلال البيانات.
وقال بيكيت: “نحن ندير ما يسمى مركز الوصول إلى البيانات”.
الفريق الذي يقوم بتثبيت كاميرا LSST على تلسكوب Simonyi Survey
في الجيل السابق من علم الفلك الحسابي ، يقوم عالم عادة بتنزيل مجموعات البيانات التي كانوا مهتمين بها على جهاز الكمبيوتر المحلي. ولكن الآن ، من خلال منصات Cloud ، يوفر مشروع LSST في المملكة المتحدة الوصول إلى البيانات ، التي تم استضافتها في Edinburgh ومختبر Rutherford Appleton في Oxfordshire.
يريد علماء الفلك أن يكونوا قادرين على الوصول إلى جميع البيانات الخاصة بتعدين البيانات أو تطبيقات التعلم الآلي. وقال بيكيت: “ما نطلق عليه” إحضار أجهزة الكمبيوتر الخاصة بك إلى البيانات “، وبالتالي يتم استضافة جميع البيانات في إدنبرة أو راذرفورد أبليتون ، ولدينا منصات سحابية تقترب منها. يمكن لعلماء الفلك تسجيل الدخول ، ولديهم جميع الأدوات والبرامج التي يحتاجون إليها للوصول إلى البيانات”.
يعد مركز بيانات Edinburgh ، الذي يطلق عليه مرفق الحوسبة المتقدمة ، منزل Archer2 Supercanter. هناك أربع غرف الآلات. في Machine Room One ، يقوم فريق المملكة المتحدة ببناء نظام سحابي يسمى Somerville ، الذي سمي على اسم الفلك الاسكتلندي ماري سومرفيل.
تبين هذه الصور الأولى المثيرة أن كل شيء يعمل بشكل جيد ويطمئننا إلى أن لدينا بيانات رائعة لبيانات رائعة ، حيث سيقوم علماء الفلك في المملكة المتحدة بعلم رائع
بوب مان ، جامعة إدنبرة/LSST: المملكة المتحدة
“[Machine room one] سيكون كلاهما حيث نستضيف البيانات وموارد الحساب التي تجلس جنبًا إلى جنب. إنها إلى حد كبير سحابة محلية. لذلك ، يبدو ما قد تحصل عليه من AWS [Amazon Web Services] أو Google ، ولكن كل ذلك يعمل في مرحلة بيانات في إدنبرة “، قال بيكيت.
في حالة تأهب عالية
سيتم تزويد علماء الفلك بتنبيهات من قبل فريق LSST في المملكة المتحدة باسم “وسيط تنبيه المجتمع”.
سوف يهدف المرصد إلى اكتشاف التغييرات في سماء الليل والإبلاغ عنها ، مما قد يدل على فرص علمية مهمة ، في غضون دقيقة من المراقبة الأخيرة التي يتم أخذها. كل ليلة ، يتوقعون إنتاج حوالي 10 ملايين من هذه التنبيهات.
وقال بيكيت: “هناك تطبيق للذكاء الاصطناعي (AI) هنا ، لأن التعامل مع 10 ملايين تنبيه ليس مهمة تافهة ، وسيكون الكثير منهم إما غير مهتم أو إيجابيات كاذبة”.
ستتعامل أشياء مثل AI والتعلم الآلي مع التنبيهات بناءً على التصنيفات التي يتم تقديمها. وقال بيكيت إن هذه التنبيهات يتم إرسالها إلى 10 ماركات مختلفة في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك تلك الموجودة في إدنبرة.
وقال بيكيت: “نحن مهتمون بشكل خاص بما يسمى الأحداث العابرة. أشياء مثل تنفجر النجوم أو الكوازارات. سوف نستهلك هذه التنبيهات البالغ عددها 10 ملايين التنبيهات في الليلة ، ثم في أسرع وقت ممكن ، سنقوم بتحليل وتصنيف كل واحد منهم”.
وأوضح أن علماء الفلك سيقومون بالتسجيل مع أنواع معينة من التنبيه أو التنبيهات في منطقة معينة من السماء ، أو ربما تنبيهات على مجرات معينة. “إذا حدث شيء ما في مجال اهتمامهم ، فسوف يحصلون على تنبيه أو عبر البريد الإلكتروني أو رسالة نصية أو نوع من الإخطار. قد يرغبون في الذهاب والنظر فيه إلى هناك ، وذلك اعتمادًا على ما يهتمون به. قد تكون الدقائق مهمة.”
في أعقاب نشر الصور الأولى التي التقطها مشروع Vera C Rubin Observatory LSST ، قال بوب مان ، أستاذ علم الفلك المسح في جامعة إدنبرة و LSST: قائد مشروع المملكة المتحدة ، “لقد كانت الباحثين في المملكة المتحدة تساهم في أن كل شيء يعمل على طمأنته ، ويعملون على ذلك ، حيث تمثلنا في ذلك الأمر ، حيث تم تصميمه في هذا الأمر ، حيث تم تصميمه في الفنيين. سوف يقوم علماء الفلك بعلم رائع. “
جاء ما مجموعه 23 مليون جنيه إسترليني من مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا (STFC) لدعم الجزء في المملكة المتحدة من المشروع متعدد الجنسيات. المملكة المتحدة هي ثاني أكبر مساهم دولي في المشروع.
