NOVO TELESCÓPIO ULTRA POTENTE DO CHILE

A construção do Grande Telescópio de Levantamento Sinóptico (LSST) no Chile está a meio caminho entre o primeiro tijolo e a primeira luz. Sua câmera de 3 toneladas, construída com o apoio da National Science Foundation, será o maior instrumento digital já construído para a astronomia terrestre e tirará fotos com rapidez suficiente para capturar todo o céu do sul a cada três noites. De acordo com uma palestra do TED por Andy Connolly, Professor de Astronomia na Universidade de Washington e Líder de Equipe das Simulações da LSST, o Telescópio Espacial Hubble precisaria de 120 anos para imaginar uma área equivalente do céu.

A geração de imagens nesse ritmo gerará cerca de 15 terabytes (15 trilhões de bytes) de dados brutos por noite e 30 petabytes ao longo de sua vida de pesquisa de 10 anos. (Um petabyte é aproximadamente a quantidade de dados em 200.000 DVDs de tamanho de filme.) Mesmo após o processamento, ainda é uma loja de 15 PB (15.000 TB).

Esses enormes conjuntos de dados darão aos astrônomos um “filme” de lapso temporal de dez anos no céu do sul, produzindo novos temas para estudos no domínio do tempo e uma compreensão mais profunda do comportamento dinâmico do universo. Também mudará a maneira como a ciência é feita - astrônomo e telescópio está dando espaço para astrônomos e dados como um motor de novos conhecimentos.

Preparando a informação

A maior força do LSST pode ser sua capacidade de capturar transientes - eventos raros ou que mudam geralmente perdidos em pesquisas de campo estreito e imagens estáticas. A boa notícia é que o software alertará os astrônomos quase imediatamente quando um transiente for detectado para permitir observações rápidas de acompanhamento por outros instrumentos. A notícia não tão boa é que até 10 milhões desses eventos são possíveis a cada noite. Com taxas de detecção como essas, um bom manuseio de dados é essencial.
Dataminingsphere
Um método inovador desenvolvido pela equipe de gerenciamento de dados do LSST permitirá o armazenamento de grandes volumes de dados para acesso rápido.
Projeto LSST / NSF / AURA
A equipe de gerenciamento de dados LSST está projetando ferramentas de usuário que podem operar em uma variedade de sistemas de computação sem a necessidade de grandes downloads, todos baseados em software de código aberto. Seu sistema inclui dois tipos básicos de produtos: os produzidos para observação noturna e os produzidos para lançamentos científicos anuais.

O processamento noturno subtrairá duas exposições do campo de cada imagem para destacar rapidamente as alterações. O fluxo de dados da câmera será processado pelo pipeline e continuamente atualizado em tempo real, com um alerta transitório acionado dentro de 60 segundos após a conclusão de uma leitura da imagem.

Os dados cumpridos nas liberações científicas programadas obterão reprocessamento considerável para garantir que todos os conteúdos sejam consistentes, que as falsas detecções sejam filtradas e que as fracas fontes de sinal sejam confirmadas. O reprocessamento também classificará os objetos usando as categorias padrão (posição, movimento, brilho, etc.) e as dimensões derivadas matematicamente dos dados em si. Os produtos serão reprocessados ​​em intervalos de tempo de noite a ano, o que significa que sua qualidade melhorará à medida que as observações adicionais forem acumuladas.

Preparando a ciência

O programa LSST inclui as Colaborações Científicas, equipes de cientistas e especialistas técnicos que trabalham para ampliar as agendas científicas do observatório. Atualmente existem oito colaborações em áreas como galáxias, energia escura e núcleos galácticos ativos. Uma das mais singulares, no entanto, é a Colaboração em Ciência da Informática e Estatística (ISSC), que, ao contrário de outras equipes, não se concentra em um tópico específico de astronomia, mas atravessa todas elas. Novos métodos serão necessários para lidar com cargas computacionais pesadas, otimizar representações de dados e guiar os astrônomos pelo processo de descoberta. O foco do ISSC está em tais novas abordagens para garantir que os astrônomos percebam o melhor retorno da inundação antecipada de novos dados.

"A análise de dados está mudando devido ao volume de dados que estamos enfrentando", diz Kirk Borne, astrofísico e cientista de dados da Booz Allen Hamilton e membro central do ISSC. “A análise de dados tradicional é mais sobre a adaptação de um modelo físico aos dados observados. Quando eu estava crescendo, não tínhamos tamanhos de amostra como esse. Estávamos tentando entender um fenômeno particular com nossos pequenos conjuntos de amostras. Agora, é mais sem supervisão. Em vez de perguntar "fale-me sobre o meu modelo", você pergunta "diga-me o que sabe". Os dados se tornam o modelo, o que significa que mais é diferente ”.

Os dados do LSST quase certamente aumentarão as chances de surpresa. “Quando começamos a adicionar diferentes domínios de medição, como física de ondas gravitacionais e astrofísica de neutrinos para exploração”, acrescenta Borne, “começamos a ver essas novas associações interessantes. Galáxias infravermelhas ultraluminosas estão conectadas com galáxias em colisão , por exemplo, mas foi uma descoberta feita pela combinação de radiação óptica com infravermelho. Os quasares foram descobertos quando as pessoas compararam observações de rádio brilhantes de galáxias com imagens ópticas de galáxias.

Preparando as pessoas

A equipe de gerenciamento de dados do LSST está começando a orientar a comunidade astronômica para o que está por vir com uma série de conferências e workshops. “Tentamos cobrir o máximo de reuniões possíveis, dando palestras e hospedando sessões de hack,” diz William O'Mullane, o gerente de projetos da equipe.

Os cadernos de ciências , que permitem que os usuários colaborem, analisem dados e publiquem seus resultados on-line, serão uma ferramenta integral para as comunidades de pesquisa do LSST e estão sendo introduzidos com antecedência. “Nós lançamos o Jupyterlab [um tipo avançado de caderno científico] em um workshop recente”, ele acrescenta, “que é uma maneira muito mais rápida de fazer com que as pessoas trabalhem com a pilha [o conjunto de código de manipulação de imagem]”.

A próxima geração de astrônomos de big data também está sendo preparada por meio de currículos de pós-graduação e um programa especial de bolsas de estudo. “Envolver os alunos mais cedo é algo muito bom, tanto para o campo quanto para eles”, diz Mario Juric, professor associado de astronomia da Universidade de Washington, e coordenador da equipe de ciências do Sistema de Gerenciamento de Dados do LSST. “Os alunos precisam entender desde cedo como fazer experimentos em grande escala, projetar equipamentos e softwares e colaborar com equipes muito grandes. A astronomia hoje está entrando na era do big data, assim como a física de partículas fez há 20 ou 30 anos.

“Também temos um programa de bolsa de estudos em ciência de dados”, Acrescenta Juric,“ um esforço cooperativo que alguns de nós iniciamos em 2015 para educar a próxima geração de cientistas de dados de astrônomos através de uma série de workshops de dois anos. ”O programa é financiado pela LSST Corporation, uma organização sem fins lucrativos dedicada. para habilitar a ciência com o telescópio, e o interesse do aluno tem sido intenso. Apenas cerca de uma dúzia de pessoas foram admitidas entre 200 candidatos em um recente ciclo de seleção.
Telescópio óptico com escala humana
Concepção artística da ótica do telescópio, com pessoas mostradas em escala.
Projeto LSST / NSF / AURA
Os dados do telescópio também estão sendo empacotados para um público amplo. O programa de Educação e Divulgação Pública (EPO) da LSST está trabalhando para envolver salas de aula, cientistas cidadãos e o público em geral, tão profundamente na astronomia de grandes volumes de dados quanto eles querem (ou ousam) ir. Os objetivos primários do EPO são ajudar os educadores a integrar dados reais do LSST em salas de aula e cursos introdutórios de astronomia, e ajudar os não especialistas a acessar os dados do LSST de maneiras semelhantes às dos astrônomos profissionais. Trabalhando em plataformas como a Zooniverse , quase todos poderão realizar projetos de pesquisa sérios. “Voluntários dos cidadãos devem ser pensados ​​como membros da colaboração científica”, diz Amanda Bauer, diretora da LSST EPO.

O futuro é os dados

O LSST consolidará uma era em que o software é tão crítico para a astronomia quanto o telescópio. “Quando eu estava na pós-graduação”, diz Juric, “trabalhei no Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e não toquei em um telescópio; Eu fiz toda a minha pesquisa fora de um banco de dados. Eu conheço muitos estudantes que fizeram o mesmo. Então, já estamos vendo esse tipo de migração.

O'Mullane concordaria. “Grandes pesquisas como SDSS, Gaia e agora LSST fornecem dados suficientes para uma abordagem diferente”, diz ele. “Os astrônomos nem sempre estão procurando um telescópio. De fato, missões como o LSST basicamente oferecem apenas o arquivo; você nem pode pedir ao observatório para fazer uma observação específica ”.
Progresso de construção
Construção do observatório na cúpula de El Peñon, Chile, em novembro de 2017.
Projeto LSST / NSF / AURA
Dados os enormes fluxos de informação que o LSST fornecerá, em breve não será possível aos cientistas examinar diretamente uma fração representativa dos dados disponíveis. Em vez disso, eles vão depender cada vez mais da manipulação hábil de algoritmos para examinar os relacionamentos dentro de todo o conjunto de dados. Os melhores insights serão obtidos por aqueles que fizerem as melhores perguntas de todos esses números.

E, como mais pessoas terão acesso imediato a esses dados, as maiores descobertas podem vir não apenas dos profissionais, mas também de dedicados amadores que trabalham em casa em seus laptops.

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