html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Вселенная и память: Поток данных от крупнейшего телескопа в мире

К излету первой четверти XXI века в Южном полушарии должен появиться самый большой в истории научный инструмент. Колоссальный по занимаемой площади радиоинтерферометр, уже получивший название «Массив на квадратном километре», позволит заглянуть вглубь времен так далеко, как это только возможно.

Строительство мегарадиотелескопа Square Kilometre Array (SKA), в котором примут участие около 20 стран, начнется, согласно графику, в 2017 году, а на плановую мощность конструкция выйдет в 2024-м. Это не такое отдаленное будущее, однако создание «массива» — вопрос не только времени и денег (проект пока оценивается в €1,5 млрд), но и технологий, причем некоторые из них еще только предстоит создать.

Темные дозвездные века

С помощью SKA исследователи рассчитывают собрать материал для получения ответа на вопросы, связанные с генезисом Вселенной и материального мира, такого, каким мы его знаем. Особый интерес представляют события, произошедшие в конце периода так называемых Темных веков (Dark Ages). В это время (380 000 — 150 000 000 лет после Большого взрыва) буйство ионизированных газов сошло на нет и Вселенная была заполнена гелием и атомарным водородом. Несмотря на воцарившийся «мир и покой», в этом древнем пространстве присутствовало излучение (реликтовое, а также излучение атомарного водорода на волне 21 см). Нейтральный атом водорода по причине внутриатомного перераспределения энергии испускает квант радиоизлучения один раз за 11 млн лет, но так как у разных атомов это происходит не одновременно, а их огромное количество, такое излучение создает вполне заметный фон. Больше во Вселенной не было ничего до наступления эпохи реионизации. Именно тогда стали образовываться первые космические объекты: звезды, квазары, галактики и их скопления. Там, где в пространстве вспыхивали первые светящиеся объекты, они нагревали окружающий газ, водород вновь ионизировался, и его излучение на «радиолинии 21» сходило в этих местах на нет. Там, где звездо- и галактикообразование не происходило, фон излучения атомарного водорода сохранялся. Таким образом, улавливая и анализируя древнее излучение нейтрального водорода и значение красного смещения в его спектре, можно составить некую 3D-карту Вселенной, в которой будет видна структура зарождения ранних космических объектов всего через 150 млн лет после Большого взрыва. Именно такую карту с достаточно высоким разрешением и поможет, как надеются ученые, построить SKA.

В поисках космических часов

Еще одна фундаментальная задача — обнаружение гравитационных волн, существование которых было предсказано Эйнштейном. Собственно, для этого построены наземные интерферометры типа LIGO, пытающиеся «поймать» волну, зафиксировав ее воздействие на время прохождения лазерного луча. Но есть другой метод. Во Вселенной есть космические объекты под названием «миллисекундные радиопульсары», периоды которых отличаются поразительной точностью — на уровне атомных часов. Если очень точно замерить период излучения такого пульсара, а лучше целого массива, то можно обнаружить гравитационную волну, которая для находящегося на Земле наблюдателя внесет искажение в период излучения пульсара или пульсаров. SKA с его огромными возможностями поможет найти новые миллисекундные радиопульсары и с максимальной точностью замерит их периоды, что может значительно продвинуть дело с поиском гравитационных волн.

Два интернета в день

Чтобы достичь таких впечатляющих результатов, мало тысяч антенн, раскиданных на тысячи километров. SKA — это колоссальный поток данных, который будет ежедневно генерироваться, обрабатываться, анализироваться и храниться. По расчетам специалистов компании IBM, которая активно участвует в проекте SKA в рамках программы DOME, ежедневно инструмент будет генерировать 1 эксабайт (1018 байт) информации, что вдвое больше, чем весь интернет на земном шаре. Получаемый поток данных будет обрабатываться суперкомпьютерами, выступающими в роли процессоров визуализации, — радиоастрономическая информация должна быть представлена в виде неких доступных для анализа карт. Ежедневная продукция этих процессоров составит порядка одного петабайта (1015 байт) в день. И все это богатство надо где-то хранить, обеспечивая при этом легкий доступ к нему для исследователей.

Как рассказали «ПМ» в лаборатории IBM в Цюрихе, работа над SKA является для ученых компании одним из самых прорывных и масштабных проектов, в которых задействованы «большие данные» (Big Data). Предстоит трудиться сразу над несколькими направлениями — это разработка вычислительных мощностей, способных справиться с объемами данных в эксабайтном масштабе, создание на базе нанофотонных технологий сверхбыстрых магистралей для передачи информации, конструирование нового поколения устройств памяти и хранения данных.

Надо понимать при этом, что SKA предполагается развернуть в безлюдных пустынях Южного полушария, где почти нет радиопомех, но нет и энергетической инфраструктуры. Поэтому ключевым понятием становится энергосбережение. Ответ подсказывают, в частности, мобильные технологии: ведь современные смартфоны демонстрируют высокие вычислительные мощности при небольшом энергопотреблении. Представители IBM говорят о «микросерверах», которые в настоящий момент разрабатываются и будут задействованы в работе SKA.

И быстро, и много

Особое направление — память и хранение данных, так как эксабайтные масштабы и здесь диктуют свою специфику. Поскольку данных огромное количество, их нельзя долгое время хранить в энергозависимой памяти типа DRAM. С другой стороны, поскольку эти объемы информации будут требовать немедленной обработки и анализа, сразу отправлять их в устройства хранения типа жестких дисков тоже нельзя, иначе скорость обработки снизится до непозволительных значений. Поэтому IBM предлагает выстроить для SKA совершенно новую иерархию запоминающих устройств. Между DRAM и устройствами хранения разной скорости и емкости (как сказали бы раньше, между ОЗУ и ПЗУ) встроить новый тип памяти — «память класса хранилища» (Storage Class Memory). Такая память должна быть энергонезависимой (то есть не обнулять данные после отключения электропитания), предоставлять намного более быстрый, чем жесткий диск или флеш-память, доступ к данным, легко масштабироваться и, что немаловажно, иметь относительно низкую стоимость. На самом деле речь идет не о конкретной технологии (технологии могут быть разными), а о новом типе запоминающего устройства, сочетающем в себе функции оперативной памяти и хранения данных. Тем не менее IBM предлагает в качестве технологической основы для «памяти класса хранилища» память на основе фазового перехода. Имеется в виду изменение структуры с кристаллической на аморфную, происходящее под воздействием нагрева в химических соединениях типа халькогенидов. В результате этого процесса меняются, например, отражающие свойства так называемых халькогенидных стекол (применяемых в DVD-дисках). Также при фазовом переходе халькогенида меняется и сопротивление самого материала. Именно значение сопротивления станет единицей хранения информации в «памяти класса хранилища», разрабатываемой IBM. Причем между полностью кристаллической и полностью аморфной формами могут быть и промежуточные состояния (это зависит от интенсивности нагрева, то есть от напряжения, поступающего на электрод), а значит, одна ячейка памяти может иметь не два состояния (как в DRAM), а, например, четыре, что способствует масштабированию, то есть более компактному размещению запоминающего устройства.

Использование в SKA «памяти класса хранилища» позволит превратить всю иерархию связанных с радиотелескопом устройств хранения данных в высокодинамичную систему, где наиболее актуальные данные будут всегда под рукой. Вместе с тем для хранения архивов IBM предлагает… старую добрую магнитную ленту. Хотя и не совсем старую — IBM демонстрирует сегодня пленку, которая способна записать до 29 ГБ данных всего лишь на один квадратный ее дюйм. И хотя по скорости доступа лента намного уступает даже оптическим носителям, ее дешевизна, соотношение физического объема с объемом записанных данных, мобильность ставят ее вне конкуренции, если речь идет о колоссальных архивах данных ежедневного сканирования Вселенной.

Создание самого большого в истории научного инструмента

Благодаря своим невиданным прежде возможностям SKA сможет принять участие в решении следующих фундаментальных задач:

поиск миллисекундных радиопульсаров для детекции гравитационных волн;исследование и понимание природы темной энергии и темной материи;исследование магнетизма во Вселенной и составление 3D-карты космического магнетизма;исследование генезиса и действия черных дыр;изучение эпохи реионизации вселенных и возникновения звезд и галактик;поиск сигналов от внеземных цивилизаций.

Создание самого большого в истории научного инструмента — это технологический вызов человечеству, который потребует передовых разработок в материаловедении, вычислительных технологиях и ПО.

Эмуляция гиганта

Могучий поток с небес

SKA будет состоять из тысяч небольших радиотелескопов, которые расставят на огромных территориях, принадлежащих нескольким странам.

Вычислительная техника объединит поставляемые антеннами данные и сможет эмулировать таким образом работу одного радиотелескопа с гигантским фокусирующим зеркалом. Телескоп, или радиоинтерферометр, сможет сканировать небо в десять раз быстрее, чем ныне существующие радиотелескопы, на частотах от 70 МГц до 10 ГГц.

Принимающие устройства SKA включают в себя три типа: традиционные антенны-блюдца диаметром 15 м, а также высокочастотные и среднечастотные массивы антенн, могущие принимать излучение из любой точки неба и работающие по типу фазированной антенной решетки.

В настоящее время существуют прототипы-демонстраторы, например голландский LOFAR (около 1% мощности SKA).

Глаза пустыни

Хотя штаб-квартира SKA будет располагаться в знаменитой манчестерской обсерватории «Джодрелл Бэнк» (Англия), массивы антенн разместятся в пустынных районах Южного полушария, где антропогенное радиоизлучение сведено к минимуму.

- Ядро телескопа (круг 5 км в диаметре с большим количеством антенн всех типов) найдет свое место в южноафриканской пустыне Кару, на высоте 1000 м над уровнем моря.

— Ядро будет окружено двумя периферийными зонами (до 180 и до 3000 км от центра). Таким образом, отдельные станции SKA разместятся не только в ЮАР, но и в Ботсване, Мозамбике, Намибии и даже в Кении и на Мадагаскаре.

- Первоначально за право разместить телескоп соревновались ЮАР, Австралия, Аргентина и Китай. Последние две страны выбыли из конкурса, а вот Австралия и Новая Зеландия тоже создадут у себя собственный массив SKA.

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с popmech.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • popmech.ru
          • волны
          • взрыв
          • австралия
          • чёрная дыра
          • зеркало
          • пустыня
          • новая зеландия
          • память
          • ученые
          • прототип
          • лето
          • глаза
          • газ
          • аргентина
          • англия
          • исследования
          • юар
          • китай
          • мадагаскар
          • ibm
          • квартира
          • ska
          • кения
          • графика
          • строительство
          • звезда
          • работа
          • руки
          • небо
          • смартфон
          • рамка
          • домен popmech.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции