Как се плува в море от... данни? Конференция: WHAT WAS THAT?

[valio_98]

Как се плува в море от... данни? Конференция: WHAT WAS THAT? – PLANNING ESO FOLLOW UP FOR TRANSIENTS, VARIABLES, AND SOLAR SYSTEM OBJECTS IN THE ERA OF LSST, 22-26.01.2024, ESO Garching

През последните години технологиите, свързани с астрономията се развиха и станаха достатъчно достъпни за да позволят строежа на уникални инструменти за обзори, с много детектори, позволяващи да се наблюдават едновременно десетки квадрати градуси от небето.
Не случайно започвам именно с детекторите – обикновено те са най-скъпата част от астрономическите инструменти, особено когато става дума за инфрачервената област от спектъра – една качествена матрица, в зависимост от размера си, може да струва 100 или 200 хиляди евро.
Обаче много астрономи смятаме, че няма ценя, прекалено висока за обзори, защото те позволяват да се прави ефективно и бързо „индустриална“ наука, в мащаби, недосегаеми с предишните технологии и инструменти.

През октомври вече организирахме една конференция, обобщавайки опита от множеството обзори, които нашата обсерватория осъществи през последното десетилетие. Повече за нея може да се прочете тук и записи на докладите може да се видят тук. По време на конференцията всекидневно разказвах, макар и не много подробно, какво беше представено:
- Сладки приказки, конференции и комуникация в науката - https://valio98.blog.bg/technology/2023/10/15/sladki-prikazki-konferencii-i-komunikaciia-v-naukata.1885421
- Що е то астрономически обзор и с какво се яде? - https://valio98.blog.bg/technology/2023/10/16/shto-e-to-astronomicheski-obzor-i-s-kakvo-se-iade.1885508
- Промяната на неизменните галактики - https://valio98.blog.bg/technology/2023/10/17/promianata-na-neizmennite-galaktiki.1885613
- Приложна фантастика и астрономически обзори - https://valio98.blog.bg/technology/2023/10/18/prilojna-fantastika-i-astronomicheski-obzori.1885728
- От един милион галактики към една Вселена... и обратно - https://valio98.blog.bg/technology/2023/10/19/ot-edin-milion-galaktiki-kym-edna-vselena-i-obratno.1885858
- Вселената в движение - https://valio98.blog.bg/technology/2023/10/20/vselenata-v-dvijenie.1885920
- До нови срещи! - https://valio98.blog.bg/technology/2023/10/21/do-novi-sreshti.1886008

Сега гледаме към бъдещето – през втората половина на 2024 година се очаква да заработи една нова гигантска обсерватория за оптични обзори в Чили – тя се казва „Вера Рубин“ (https://rubinobservatory.org/about; https://en.wikipedia.org/wiki/Vera_C._Rubin_Observatory) и в нея ще работи 8.4-метров телескоп с огромно по астрономическите стандарти поле на зрение с диаметър 3.5 градуса. Неговата камера – с 3.2 милиона пиксела – ще произвежда поток от данни, с които астрономите, не само в САЩ, но и в целия свят, ще няма да можем да се справим без нужната подготовка. Именно по тази причина организираме конференция, която ще се състои в нашата обсерватория през следващата седмица: за да подготвим специално европейската астрономическа общност за предстоящата лавина от данни. ЕСО разполага с множество големи телескопи и с модерни инструменти, но те не са достатъчни – нужни са хора, по-скоро големи колективи, които да осмислят резултатите от LSST (това е съкратеното име на обзора: Legacy Survey of Space and Time), да преценят кои новооткрити обекти са важни и да направят каквото е необходимо, за да изследват в детайли най-интересните от тях. Едва ли не основната задача на конференцията е организирането на тези колективи, които ще трябва да работят през следващото десетилетие. Докладите, с няколко изключения, са обзори на съществуващи инструменти или проекти, които могат да помогнат в интерпретирането на резултатите от LSST.

Видеото по-надолу е 2-минутен запис на представянето на моя постер: https://www.youtube.com/watch?v=-h3Js0oWDO4

[valio_98]

Астрономическа научна конференция – астрономия в реално време: WHAT WAS THAT? – PLANNING ESO FOLLOW UP FOR TRANSIENTS, VARIABLES, AND SOLAR SYSTEM OBJECTS IN THE ERA OF LSST, 22 - 26 January 2024, ESO Garching

Великата LSSTическа революция

Защо стотина астрономи от целия свят се събраха в Гаршинг, Германия, в централата на ЕСО (Европейската Южна Обсерватория) за една седмица? – За да обсъдят как да се справят с новата парадигма – правенето на астрономия в реално време. Програмата на конференцията може да се види тук.
В рамките на следващите няколко месеца от САЩ за Чили ще бъде изпратена най-голямата цифрова камера, построена някога. На снимките, които Желко Ивежич от Вашингтонския университет в град Сиатъл, показана от подходящ ъгъл, тя изглежда почти като фотографска камера. Стига човек да не си дава сметка, че диаметърът на входното отверстие е почти два метра. Фокалната равнина на камерата е покрита със 189 детектора, всеки с 16 изходни канала за да може да се прочете цялото изображение само за 2 секунди; обикновено времето за четене на съвременните детектори е 15-20 секунди.
Камерата ще бъде монтирана на 8.4-метровия Large Synoptic Survey Telescope (LSST), наскоро получил името Simonyi Survey Telescope, с обсерваторията Vera C. Rubin в Чилийската пустиня Атакама. Това е американски проект, по който се работи вече десетина години. Повече за него – тук.
Обсерваторията, телескопът и камерата да са построени с една цел – да правят обзор на цялото небе, което се вижда от Чили, приблизително веднъж седмично. Някой области – по-често, други – по-рядко, но това е приблизителната честота.
Проектът закъснява – не е изненада, повечето големи проекти закъсняват. Не закъснява само софтуера за обработка на данните. За това им помогнал Ковид, защото при затварянето страдат повече проектите, които изискват физически дейности, отколкото проектите свързани с писане на код. Част от програмното обезпечение дори вече се използва за други, по-малки обзори на небето, които работят в момента.
Проектът е отворен – много страни участват не с пари, с а време и човешки (или изчислителни ресурси). Да се обработи огромния поток от данни не е по силите на отделен астроном или университет, но ръководителите на проекта разбират много добре колко е важно да се приобщи колкото се може по-голяма част от астрономическата общност и затова до 10 % от изчислителния капацитет на американския център за обработка на данни
ще бъде използван за специализирана обработка на данни със софтуер на „клиента“.
А техния собствен софтуер вече е на път да надмине 1 милион реда, без да се броят още няколко милиона, които са включени под формата на библиотеки. Той показа мозайка с размер 1х1 градуса, сглобена по-малки изображения.
Да се върнем на закъснението на проекта. То се дължи на множество фактори, някои малко, но много. Ето няколко примера:
- Ковид, който е повлиял главно на развитието на хардуера; основата на телескопа е от Испшания, купола – от Италия, все страни, които бяха силно засегнати от епидемията.
- Зимна буря през Август (в южното полукълбо зимата е през нашето лято) 2022 – 1 месец
- 3 месеца заради инцидент с електротехник, което налага затваряне на лабораторията за разследване
- теч на криостата (това е охладената част на камерата, за да ) – Август-Октомври 2023
- вакумна помпа се поврежда по Коледа 2023 – още не знаят дали смяната ѝ ще отнеме 1 или 2 месеца.
Очаква се куполът да бъде завършен през юни 2024 г. След това огледалата на телескопа ще бъдат монтирани в рамките на 1-2 месеца. Тестовата камера е вече на телескопа и се очаква да получат изображения през Юли-Септември. Тя е почти като основната камера, но вместо 189 детектора, има само 9. А основната камера ще заеме мястото си в началото на 2025 г. Кога ще станат достъпни първите данни:
- Data preview 1 – началото на 2025
- Data preview 2 – в края на 2025 или началото на 2026 г.
- Data release 1 – в края на 2026 г.
Екипът зад телескопа ще се опита да публикува, но не в съвсем реално време, съобщения за новооткрити променливи обекти още докато телескопът работи с тестовата камера.
Предвижда се проектът да продължи 10 години, но цикълът на финансиране в щатите е 5 годишен, атака че това ще бъде свързано в ново кандидатстване за финансиране. А след като проектът заработи стабилно, примерно след изтичането на първите 5 години, те смятат да започнат да мислят какво да правят след първото десетилетие. Разбира се, сигурно те са мислили за това още когато LSST е замислян.
В проекта освен Щатите, участват и ред други страни: Унгария, Словения, Полша, Сърбия, Хърватия (в която ще има център за обработка и съхранение на данни, също както и в Чили), Италия, Турция, Холандия и др. „малки“ страни от Европа (но не и България), главно в развиване на софтуер. За това може да се прочете повече тук и тук. За това говори с много подробносто Апарджита Верна от Оксфорд.
Следващият голям блок бяха три комбинирани доклада за телескопите и инструментите в нашата обсерватория: монолитни телескопи от 2 до 40 м диаметър, а ако се брои и интерферометъра – до 120 м, а това е важно, когато става дума за ъглово разрешение. Стана дума за начините да се използват телескопите, за правилата как да се прави това: кога и как се разпределя наблюдателното време (това се прави от общността, не от обсерваторията, астрономите се редуват да „дежурят“ в комисията за разпределение на времето), видовете програми. Например, ние имаме програми, специално създадени за бързи наблюдения. Рекордите са от порядъка на 4-5 минути – толкова време е необходимо за да започне наблюдение на рентгенов източник, след като е бил открит от спътник-рентгенова обсерватория.
През последните години ЕСО получава средно по 1800 заявки годишно, които искат повече от три път повече наблюдателно време, отколкото съществува – да не забравяме, че годината се състои само от 365 или 366 дни, само нощем може да се наблюдава...
В контекста на конференцията е собенно важен един специален вид програми, целящи да наблюдават така наречените targets of opportunities (TOOs). Това са програми, които не знаят предварително точно кой обект ще наблюдават. Примерно никой не знае точно къде и кога ще избухне нова или свръхнова, но статистически е ясно колко от тях ще се появят примерно в рамките на половин годна и ако броят е достатъчно голям, екипът ще има избор, а ако са по-малко (примерно ако искат да наблюдават някакъв особено рядък вид сврухнови), може и да останат без наблюдения. Около 5% от заявките искат да наблюдават TOOs, средно около 3% получават време, останалите не са одобрени. Вероятно след като започне работа LSST, ЕСО ще получава много повече заявки от този тип.
Обсерваторията предвижда доста промени в тази насока, например въвеждането на специален канал за рискови програми, които потенциално биха отговорили на важни въпроси, но ще изискват много наблюдателно време. Предвижда се увеличаване на обзорите – но обзори, които да следват резултатите на други обзори, в частност LSST.
И разбира се, ЕСО строи в момента 39-метров телескоп, ELT (Extremely Large Telescope), който трябва да започне работа през 2028 година. Ъгловото му резрешение ще бъде повече от 5 пъти по-добро, отколкото на „Джеймс Уеб“. Учудващо за подобен огромен телескоп, способността му да се насочи от една към друга произволна точка от небето няма да превишава 5 минути. Ако се налага смяна на инструменти, нещата стават по-бавно – превключването между два инструмента, които са монтирани на една и съща страна ще изисква около 5 минути, а между инструменти, които са разположени от противоположните страни на телескопа – около 15 минути.
Следобедните две сесии съдържаха по-научни доклади – но традиоциони, когато става дула за променливост: активни галактики, свръхнови, променливи звезди.
Освен това, програмата за целия ден беше „посолена“ с пет специални сесии, всяка от по десетина минути, на която бяха представени постерите – с 2-минутни предварително записани видео-доклади. Смисълът от тях беше реклама – на конференция с повече от сто участници, която при това продължава само четири и то непълни дни, просто няма начин всички да представят науката, която са направили. В този смисъл конференцията е “по-лоша“ от другите, защото целта ѝ е да представи възможностите за по-нататъшно изследване на променливите обекти, които ще открие LSST. А това става с дълги обзорни доклади да инзтрументи и проекти, и за „малки“ доклади, каквито биха могли да изнесат хора в началото на кариерата си и току що са свършили примерно дисертацията си, просто няма време.

[valio_98]

Астрономическа научна конференция – астрономия в реално време: WHAT WAS THAT? – PLANNING ESO FOLLOW UP FOR TRANSIENTS, VARIABLES, AND SOLAR SYSTEM OBJECTS IN THE ERA OF LSST, 22 - 26 January 2024, ESO Garching

В търсене на златната игла и как да открием астероиди-убийци в разнообразни, равноправни и всеобхващащи колективи

Вторият ден започна с една толкова техническа сесия, че ако човек не знае предварително, че конференцията е астрономическа, може да си помисли, че тук са се събрали компютърни специалисти, или в най-добрия случай, хора, които се занимават с така наречената data science. Ако трябва да бъда честен, не съм сигурен точно как да преведа тоя термин – по същество това е клон или друго име за добре познатата статистика (често гледана с повече или по-малко оправдан скептицизъм).
По предварителни оценки, когато LSST започне работа, той ще регистрира около 250 променливи обекти в секунда. Всеки кадър – мислете си за снимка с екпозиция 5-10 минути – ще съдържа хиляди променливи. Разбира се, много от тях ще бъдат известни, изследвани и добре разбрани, но ще има нови. Невъзможно е такова огромно количество обекти да бъдат инспектирано от човек и тук се появяват така наречените „брокери“, които не са нищо друго, освен софтуер, който класифицира обектите по предварително дефинирани критерии и ги класира по приоритет. Даже да са базирани на особено умни ИИ системи, тези брокери са само толкова добри, колкото логиката, заложена в тях или колкото извадките, на които е тренирана ИИ системата.
Друг технически аспект е организацията на комуникациите между LSST, центровете са данни, в които работят тези системи (центровете са много – в Щатите, Чили и Хърватия). Тук става дума както за проблемите, свързани с обема на данните (дали да ги компресираме, без или с известна загуба на качество), така и форматите и протоколите, които да съдържат необходимото количество от метаданни (те включват информация за състоянието на инструмента и телескопа, за състоянието на атмосферата по време на наблюдението), за програмните интерфейси, чрез които астрономите да могат да искат данни, да избират обекти, даже да дефинират наблюдателни програми на други телескопи (например за да получат спектри или още фотометрия в други спектрални диапазони).
По време на сесията стана ясно, че ЕСО не е единствената обсерватория, която упорито се готви да се „гмурне“ в LSST ерата. Имаше доклади за това от представители на американските обсерватории в Чили и на Хаваите. Браян Милър от американската национална обсерватория, която от известно време се нарича NOIRLab, изказа „еретичната“ идея за въвеждане на публични и цитируеми (точно както са цитируеми научните статии) заявки за телескопно време; данните от подобни заявки веднага ще стават публично достъпни, но авторите ще получават кредит под формата на цитати, които са „висша форма на признание“, почти като ласкателството. От гледна точка на обсерваториите този вид заявки ще увеличат конкуренцията, т.е. натиска върху хората, които получават наблюдателно време, бързо да обработват данните, да ги интерпретират и да публикуват резултатите си.
Част от брокерите са дело на колективи извън Щатите. В тоя смисъл особено интересен беше първият доклад на Франциско Форстер от най-големия държавен университет в Сантяго, Чили – Universidad de Chile. Те са създали брокер, по-скоро огромна инфраструктура, за обработка на потока наблюдения от LSST. Техният екип включва голям брой суфтуерни инженери, математици и статистици; астрономите се броят на пръст.
Лукаш Вирзиковски от Университетсктаа обсерватория във Варшава разказа за проекта BHTOM (The Black Hole Target and Observation Manager). Това е световна мрежа от близо стотина телескопа с размери 1-2 метра, няко университетски, други – частни. Мрежата организира наблюденията, осигурява обработването на данните (с техен собствен, гъвкав софтуер, който може да се настройва за всяка астрономическа камера), архивира данните. Той показа няколко много впечатляващи фигури. Разбира се, BHTOM не е първата подобна мрежа, преди десетилетие хората, които се занимават с микролензинг, си организираха подобни мрежи, макар и в по-малък мащаб, за да осигурят непрекъснато наблюдение на обектите си в рамките на 24 часа, чрез телескопи, разхвърляни по цялата планета.
Следобедът започна със сесия за Слънчевата система. Преди повече от едно десетилетие Конгресът на САЩ проведе изслушване за астероидната опасност. Изслушванията са нещо като „образователна сесия“ за сенаторите, при което създателите на законите се информират по някакъв въпрос, по който евентуално трябва да вземат решение, често – под формата на финансиране. На практика изслушванията могат да бъдат всичко, включително и да се превърнат в неофициално съдилище над привиканите за изслушване лица (спомнете си сенатора Маккарти и един „невзрачен“ физик на име Опенхаймер). През 2013 г. Конгресът се заинтересува дали астероидите са наистина са опасни за човечеството и ако отговорът е положителен, какво трябва да се направи, за да се отстрани опасността. За това изслушване може да се прочете тук.
В резултат на това НАСА събра група астрономи, които стигнаха до извода, че най-доброто средство за откриване на опасните астероиди е малък инфрачервен телескоп, който да обикаля слънцето по орбита, подобна на орбитата на Венера. Не е трудно да разберем защо: астероидите, които имат устойчиви орбити, по-близо до Слънцето, отколкото е Земята, не са опасни за нас – ако техните орбити не се пресичат със Земната, те ще се движат по тях до превръщането на Слънцето в червен гигант; а ако орбитата им пресича Земната, те ще бъдат наблюдавани също както истински опасните астероиди, за които ще стане дума след малко.
А истински опасни са новодошлите астероиди, които идват от външната слънчева система, в резултат на някакво сближаване с голяма планета, например. Телескоп на „венерианска“ орбита ще вижда дневната страна на астероидите, която е нагрята от Слънчевите лъчи, и е ярка в инфрачервената област.
Но изстрелването на подобен телескоп е скъпо занимание, обаче следващият най-ефективен и на умерена цена инструмент за „астероиден патрул“ е голям оптичен телескоп.
Като LSST.
Това осъзнаване помогна много да бъде получено финансиране за този проект.
Освен астероидите-убийци, LSST ще бъде доста добър в откриването на междузвездни обекти и комети – това са тела, които преминават през Слънчевата система, на път от една посока на безкрая, към друга. До сега са известни само два подобни обекта – астероидоподобното тяло I1/Оумуамуа, който някои побързаха да обявят за междузвезден космически кораб, и кометоподобното I1/Борисов. Очаква се LSST да открива по един „междузвезден“ обект годишно. Интересно наблюдение – Европейската космическа агенция планира мисия – „прехващач“, която да изчаква, може би с години, появата на подобен обект, и когато това най-после се случи, да се опита да се сближи с него и да го фотографира отблизо, преди да е изчезнал завинаги в далечния космос.
Последната сесия за деня беше посветена на разнообразието, равноправието и всеобхватността на средата. Това вече е традиция и почти всяка конференции по един или друг начин засягат проблема. Не става дума за пропаганда на това или онова, а е преди всичко усилие да се подкрепят млади и талантливи хора от различни страни, така че науката да не бъде „частна собственост“ на няколкото най-богати – и по случайност или не, англоезични – страни. В тая насока, докато пиша моите „репортажи“, специално следя да споменавам каква наука се прави в по-широкия свят, а не само в Щатите, Германия, Франция и още две-три от страните с най-развити икономики в света. Именно в резултат на усилия за разнообразие, равноправие и всеобхватност тук има астрономи от Източна Европа, Близкия и Далечия изток и разбира се – от Южна Америка (последната група, без да е изненада, се доминира от Чили). От България сме двама, вторият човек даже работи в БАН и, случайно или не, и двамата сме сред хората, които организирахме това събитие. Но по бегли наблюдения, от Източна Европа най-силно е представена Полша, в която – не смея да предполагам защо – науката се радва на много силна подкрепа и проектът BHTOM, за който стана дума по-рано с доказателство за това. Той не е изолирано явление – в астрономически среди Полската астрономия има репутацията на „световна свръхсила“, когато става дума например за микролензинг. От 1996 година те имат 1.3-метров телескоп в Чили, с който осъществиха няколко много интересни проекта в тази област (например OGLE или Optical Gravitational Lensing Experiment).
Съдейки по думите на докладчиците, един много мощен изравнител, не, не е Мр. Колт, а анонимизацията – например, когато се прави оценка на заявките за наблюдателно време, от тях се премахват имената; фокусът на оценяващите колеги се насочва не върху личността на оценяваните колеги, а върху оценявания научен експеримент.
Друга тема, която беше засегната, беше общуването с широката неастрономическа общественост – популяризация на науката, работа с ученици и пр. За Щатите това е доста важна тема, като се има предвид сложните отношения между астрономическите организации и местното население.
Разпръснати между другите доклади, бяха и две постер-сесии, по теми свързани в брокерите и със Слънчевата система.
Вече сме на средата на конференцията. Довечера предстои официалната вечеря. И понеже това не е корпоратив, всеки плаща за храната от джоба си: „Please be aware that the dinner is to be paid by each participant directly to the restaurant; it was not included in the conference fee. The cost of the dinner is 44 EUR plus drinks.“
Може би трябва да кажа няколко думи за финансовата страна на събитието. Има такса участие 150 евро, и 75 за студенти; за дистанционно участващи – 30 евро. Числата може да се видят на страницата на конференцията. Понеже не плащаме за зала, тези пари отиват само за две неща: с част от тях се плащат обедите на участниците (това е важно, така хората остават в сградата и времето за обяд се използва за общуване) и част – за подпомагане на студенти и участници от бедни страни и институти, които не могат да си позволят да платят пътуване или хотел.

[valio_98]

Астрономическа научна конференция – астрономия в реално време: WHAT WAS THAT? – PLANNING ESO FOLLOW UP FOR TRANSIENTS, VARIABLES, AND SOLAR SYSTEM OBJECTS IN THE ERA OF LSST, 22 - 26 January 2024, ESO Garching


Нашият отговор на Сиатъл, Вашингтон

Третият ден започна с обзорни доклади, които представиха нови инструменти и/или телескопи: някои от тях предстои да започнат работа съвсем скоро, в средата на 2024 година, а други са все още са сладостна мечта в главите на астрономите, и не са се сблъскали с реалностите на техническите и финансовите ограничения.
В първата група попадат SoXS (Son of X-shooter) и 4MOST (4-metre Multi-Object Spectrograph Telescope), и с двата съм запознат повече или по-малко отблизо по линия на служебните си задължения. Първият е спектрограф, предназначен да наблюдава един обект, но в голям спектрален диапазон от ултравиолета до средата на инфрачервената област. То е дело на голям консорциум, в който влизат Италия, Израел, Финландия и още няколко страни, и главната научна задача, която да си поставили създателите му, е да изучават еволюцията на свръхнови. Свтухновите са важни, защото с тях може да се „измери“ Вселената – от почти половин век астрономите умеят да определят колко са ярки свръхновите по характера на тяхната крива на блясъка (кривата на блясъка показва как се променя блясъка им с течение на времето). А ако се сравни видимия и „теоретичния“ блясък, може да се определи разстоянието до свръхновите. И понеже свръхновите са по-ярки от който и да е друг обект във Вселената, чрез тях може да се измерват толкова големи разстояния, колкото не може по друг начин. Разстоянията са първата стъпка към измерване на начина, по който Вселената се разширява. Преди десетина години за това беше дадена Нобелова награда.
4MOST пък е нещо различно – той има повече от две хиляди оптични влакна и може да получава спектри на толкова обекти едновременно, което прави наблюдението на слаби обекти много по-ефективно, отколкото ако ги наблюдавате един по един. Взе едно имате две хиляди еднакви телескопа. Спектрите обхващат по-малък диапазон – само в оптичната област – и има по-ниско спектрално разрешение. Все пак това е незаменим инструмент за наблюдение на далечни галактики или за наблюдение на хиляди звезди в най-гъсто населените области на нашата или на най-близките галактики
Ето че стигнахме и до мечтите. За сега те се крият зад безличното съкращение WST – Wide-filed Spectroscopic Teleskope. Той е още проект, при това в съвсем начална фаза. Едва ли ще зарабти преди по-малко от 10 или 15 години, така че това е инструментът на следващото поколение астрономи. Главното му огледало ще има размер 8-10-12 метра и ще бъде изградено от същите шестоъгълни елементи като на 39-метровия ELT, който се строи в момента в Чили. Телескопът ще има огромно по астрономическите мерки поле на зрение от 3-4 квадратни ъглови градуса, в което ще са разположени два инструмента – спектрограф с около 20 хиляди оптични фибри (който естествено ще може да наблюдава едновременно приблизително толкова обекти; част от фибрите ще наблюдават „чисто“ небе, защото дори чистото небе излъчва и неговото излъчване трябва да се извади от излъчването на обектите) и спектрограф от така наречения интегрален тип. За да разберете каква е тази система, представете си снимка на небето, а след това си представете, че за всяка точка от тази снимка имате спектър, който ви казв в каква скорос се движи излъчващия материал, какъв е химичният му състав, ако сртава дума за галактика – какви са масата ѝ и каква е историята на звездообразуването в нея. Предвижда се полето на този спектрограф да е 3 на 3 ъглови минути. За сравнение – това е 9 пъти повече от най-модерния подобен инструмент, който работи в момента на VLT.
Цената на телескопа вероятно ще се измерва с няколко милиарда евро. За да не е още по-висока, широко ще се използва модулен подход – за огледалото от сегменти вече стана дума, а самите спектрографи ще бъдат разделени на 138 по-малки унифицирани спектрографа, вски съоръжен с по два детектора с 4 на 4 хиляди пиксела.
Перспективите за науката, която ще стане възможна с подобна система са главозамайващи. Например тя ще ни каже какъв е химичния състав на всички звезди със звездна величина по-малка от 16-та. За сравнение средното човешко око вижда звездите до около 6-таз звездна величина. Скалата на звездните величини е логаритмична и на всеки 5 звездни величини съответства 100-кратна разлика по поток. Значи ще можем да направим химичен анализ на звезди, които са 10 хиляди пъти по-слаби от най-слабите, които можем да видим с очите си, без помощта на бинокъл. WST ще може да мери лъчеви скорости с точност до около 100 метра в секунда – това е достатъчно за да регистрира екзопланети като 51 Peg b, която донесе нобелова награда на Мишел Майор и Дидие Коло. А свръхновите, които ще може да наблюдава се десетки хиляд, което ще позволи безпрецендентно точно измерване на космологичните параметри на Вселената. Голяма част от науката на телескопа са променливите обекти – не само споменатите свръхнови, но и всякакви променливи звезди от нашата собствена галактика, Млечният път.
WST не е единственият подобен телескоп, в Щатите обмислят свой гигантски спектроскопски телескоп, наречен MSE или дори реконструиране на LSST, което да го превърне от машина за изображения, в машина за спектроскопия. За сега WST не е проект на ЕСО, но ако продължи да се развива успешно, може един ден да стане следващия голям проект на обсерваторията, след EEL. Много важен и за сега неясен аспект е сътрудничеството между LSST и WST. Първият има планов живото от 10 години (който е вероятно да бъде удължен), а вторият ще се строи поне 10 години, така че за да се застъпят по време – което ще увеличи значението им за науката – трябва да се предприемат драстични промени в плановете.
Както казах в началото, WST е нашият – европейски - отговор (ако трябва да префразирам един стар израз от времето на Студената война) на проекта LSST, много от ръководителите на който работят в град Сиатъл, в щата Вашингтон.
След това чухме два доклада за резултатите от космическия телескоп Gaia и проекта ePESSTO+. Първият е специализиран космически телескоп за астрометрия, изстрелян от Европейската космическа агенция ЕСА, който не е много добре известен на широката публиката, защото не изпраща на Земята красиви изображения. Това се прави, понеже изображенията са огромни и биха изисквали много енергия и време за да се изпратят по радиото до Земята. Вместо това изображенията се обработват от компютрите на борда на телескопа и до нас достигат само резултатите от тези измервания. Което не пречи Gaia да е в основата на по-голям брой научни публикации за година от който и да е друг телескоп, включително Хъбъл. А ePESSTO+ е проект на същия екип, който строи спектрографа SoXS, за който стана дума по-нагоре, и разбира се, те наблюдават свръхнови.
Изслушахме поредната порция видео-постери – включително и моето, отбелязахме два рождени дни, и с това сутрешните сесии приключиха.
Днешният следобед беше специален и може би представляваше най-интересната част на конференцията. Разделихме се на работни групи по интереси и обсъждахме от различни страни въпроса какво трябва да се направи за да можем да изследваме по-добре интересните обекти, които LSST ще открие. За да стане това първо събрахме предложения за теми, поле имаше гласуване, след което групирахме заедно близките теми и получихме няколко работни групи: правила/политика, брокери (по-надолу ще обясня за какво става дума), извънгалактични обекти, обекти от нашата и близките галактики и последно – обекти от слънчевата система. Предварително бяхме запазили пет стаи, за две сесии по 1.5 часа, но се оказа, че нямаме нужда от чак толкова много групи – гранулацията на темите не беше „ситна“.
Аз участвах в две от дискусиите. Първата беше за брокерите. Малко предистория. Преди почти две десетилетия в Щатите започват проект за търсене на свръхнови, астероиди-убийци и не на последно място – на обикновени променливи звезди. Сменят се няколко поколения инструменти – последният се нарича Zwicky Transient Facility (ZTF), по името на един гениален американско-швейцарско-български (!) астроном, Фриц Цвики. Той е роден в България, между другото и родната му къща във Варна си стои до днес. Лесно се намира в Google Streetview.
Когато тези обзори започват, астрономите очакват, че ще работят както по-рано: ще обработят данните, ще погледнат кривите на блясъка, ще ги сравнят в няколко стандартни криви – всичко това – на ръка. Уви, успехът надминава очакванията им и това се оказва невъзможно. Постепенно те стигат до извода, че са необходими автоматични програмни средства, които не само да правят обработката, но и да избират кои обекти са достатчъно интересни, за да бъдат изследвани в по-голяма дълбочина. Именно програмите, които взимат тези решения се наричат брокери.
На конференцията бяха представени няколко подобни системи – те са напреднали много в сравнение с онези простички програмки с няколко if-then-else структури. Днешните брокери са базирани на невронни мрежи и са в състояние да разпознават десетки видове обекти.
Дискусията в работната група се концентрира около няколко теми: удобство за крайния ползвател, формати, протоколи за комуникация. поддръжка, стандартизация. Забележете – все теми, които са по-скоро технически или дори „политически“ (като стандартизацията), отколкото чисто научни. За отбелязване е, че някои от участниците бяха математици и инженери.
Втората дискусия, в която участвах беше за изследване на обектите в Млечниа път и близките галактики. Тик дискусията беше доминирана от астрономите и по-скоро обсъждахме кои от инструментите на ЕСО могат да бъдат полезни. Бързо стана ясно, че LSST ще намира голям брой интересни обекти, но те няма да бъдат ярки – американският телескоп по принцип „не вижда“ обекти, по-ярки от 16-та звездна величина (по-нагоре стана дума какво означава това), защото те попадат в нелинейната област на работа на неговите цифрови детектори. Интересната област на нови открития вероятно ще бъде с поне три звездни величини по-слаба – над 19-та звездна величина. Спектроскопията им е предизвикателство за телескопи с умерен размер - 1-2 м, трябват 4-8 метрови.Това ограничава възможнотите за по-детайлни изследвания в оптиката до FORS/X-shooter/MUSE, а за особено ярките обекти – UVES, а в инфрачервеното – до същия този X-shooter, KMOS и SoXS, и за по-ярките обекти – GRAVITY+.
Голям проблем за изследване на периодичните променливи звезди ще бъде т.нар. aliasing – това е поява на изкуствени, нефизини и реално несъществуващи периоди, които се дължат на неравномерното разпределение на наблюденията. Например често се появяват фалшиви периоди с дължина един ден (толкова е интервала време между наблюденията в два последователни дни) или един лунен месец (това пък е заради концентрацията на оптичните наблюдения около новолуние, когато фонът на небето е по-нисък).
Стана дума за предишни проекти като Gaia-ESO, който бе измерил химичния състав на огромен брой звезди от Млечниа път. Обсъдихме дали е възможно да се направи една голяма програма за проследяване на LSST и каква да бъде тя – просто голяма програма или публичен обзор (който може да бъде много голям – хиляди наблюдателни часове и да продължи много години, но по договор трябва да достави обработени данни на обсерваторията). Дружно стигнахме до извода, че като общност, трябва да предложим на обсерваторията да даде възможност за подобни публични обзори.
Накрая, но не понеже е маловажно, стана дума за възможностите да се използват методите на изкуствения интелект – невронни мрежи, машинното обучение – за да се облекчи работата на астрономите.
Утре е последния ден, предстои в специална обща дискусия да бъдат обсъдени резултатите от тези специализирани сесии. Очаквам с интерес да видя какво са направил колегите от другите групи.
Като за последно, малко статистика. За тази конференция имам 157 регистрирани участника: 97 присъстват лично и 60 – дистанционно. Имаме 31 поканени докладчика с 25-минутни доклади и 16 предложени от участниците доклада по 15 минути. От всички докладчици само трима ги изнесоха дистанционно, останалите дойдоха до Гаршинг. Около 40% от участниците са жени, което е обичайно за конференциите в днешно време. Имаме участници от какво ли не страни – много от Чили и от САЩ, от Тайван, Италия, Франция, Германия, Полша, Холандия, Дания.
Утре е последният ден, дори последният половин ден, защото приключваме на обяд.


По-надолу - Power of many - BHTOM telescope network for time-domain astronomy, доклад от Lukasz Wyrzykowski: https://www.youtube.com/watch?v=qgqkaQShMCs

[valio_98]

Астрономическа научна конференция – астрономия в реално време: WHAT WAS THAT? – PLANNING ESO FOLLOW UP FOR TRANSIENTS, VARIABLES, AND SOLAR SYSTEM OBJECTS IN THE ERA OF LSST, 22 - 26 January 2024, ESO Garching

Между облекчението и съжалението

Програмата за последният половин ден включваше шест къси доклада и дълга дискусия. Докладите бяха на най-разнообразни теми, като се започне от откриване на аномалии и се стигне до съдбата на някои малки телескопи в ерата на LSSTическата революция. Докладът за аномалиите по същество беше описание на брокер, който филтрира обекти, които не попадат в никаква категория – тук опираме до откриването на непредсказуемото, за което често става дума. Само че групата зад този брокер е направила нещо конкретно, за разлика от повечето колеги, които само отбелязват потенциалната възможност за изненадващи открития. Разбора се, огромна част от явленията, които тяхната система „забелязва“, са дефекти в данните – типичен пример са особено ярките звезди, които се „разтичат“ по много пиксели върху изображенията и могат да изглеждат по много странен начин.
Друг доклад беше посветен на система за „гражданска наука“. Този подход често се използва за класификация, примерно на галактики, за търсена на деветата планета, а тези колеги са го „впрегнали“ за да комуникират с напредналите астрономи-любители, и да ги приобщят към изследванията си. Става дума за любители, които разполагат с достатъчно големи телескопи за да могат да помогнат с получаването на допълнителни наблюдения на свръхнови, избухващи звезди и др.
Лекторите описаха два хардуерни проекта – обновяване на 40-годишен 1.5-метров телескоп на Ла Силла и съвсем нов телескоп, който се състои от 16 малки телескопа, работещи паралелно, предназначен за бързо търсене на оптичните аналози на гравитационни сигнали (открити от гравитационни детектори като ЛИГО) или рентгенови излъчвания (открити от рентгенови обсерватории в космоса). Последният проект покрива 160 квадратни градуса е в състояние да започне наблюдения само две минути след получаването на сигнала от гравитационната или рентгеновата обсерватория и може да види обекти, по-слаби от 20 звездна величина. И последният доклад беше поглед върху радиодиапазона – той генерира свои собствени открития, които също се нуждаят от по-подробно изследване.
След почивката дойде ред на пленарната дискусия, чиято роля е да систематизира всичко казано и да го постави в контекст, в идеалния случай – да образува систематично знание от множеството доклади, постери и кратки дискусии.
Най-важните изводи баха:
- астрономическата общност, която би искала да прави наука с помощта на LSST, има нужда от нов вид заявки за наблюдателно време, които обхващат различни видове наука, състоящи се от хетерогенно колективи (които иначе биха кандидаттвали отделно за свръхнови, за двойни зезди и пр.); данните трябва да са общодостъпни веднага
- има нужда от нов рунд публични обзори, специално за по-подробно изучаване на откритията на LSST
- астрономическата общност трябва да се организира бързо, защото въпреки закъснението на LSST, подготовката изисква време; за подготовката на подобен публичен обзор вероятно ще трябва да се организира специален уоркшоп, т.е. мини-конференция
- „my junk is your data“ – буквално преведено „моят боклук е (ценни) данни за теб“ – тази изникваше отново и отново, в различен контекст, за различни данни и за различни обзори, което показва; това е част от огромния комуникационен проблем, или по-скоро липсата на комуникация между различните колективи
- има нужда от „служба“ за имена на новооткритите променливи; в момента съществува подобна система за свръхнови, но тя може да се окаже недостатъчна в ерата на LSST; част от гореспоменатия комуникационен проблем
- брокерите огромна са тема сами по себе си, която има нужда от отделна конференция... от няколко конференции... по-големи от тази; според участниците най-популярните търсения в резултатите от брокерите са така нареченото конусовидно търсене около определени координати или търсения по класове обекти; астрономите подчертаха нуждата от добра документация, разнообрази средства за достъп до резултатите от брокерите (програмируеми средства, уеб страници)
- добре е да се организират образователни... срещи, нещо като хакатон-и, за да се покаже на по-широката астрономическа общност какви са възможностите
- дискусионната група за Слънчева система оцени, че годишно се очаква средно един междузвезден обект, десетина активни астероиди, неясен брой активно комети избухвания; особен интерес представляват обектите, които са открити и наблюдавани преди да навлязат в земната атмосфера, защото после резултатите от наблюденията могат да бъдат сравнени с химическия анализ на метеоритните парчета – това е все едно да бъде изпратена космическа мисия до някое небесно тяло, с връщане на проби, която би струвало милиарди и би отнело десетилетия
- изследването на обектите в нашата Галактика и в близките галактики се въртя главно около инструментите, от които ще имаме нужда, защото голяма част от обектите са скрити зад огромно количество прах и изискват инфрачервена спектроскопия, защото инфрачервените лъчи преминават през праха много по-добре, отколкото радиацията във видимата област
- извънгалактичните астрономи са имали доста разгорещена дискусия, главният извод от която е бил именно нуждата от голям специализиран обзор

Въпреки заглавието на моите съобщенията, тази конференция не е точно научна: участниците в нея не се опитваха да достигнат до решение на някакъв научен проблем – например какво количество тежки елементи се получават при експлозията на този или онзи вид свръхнова и точно колко прах колко се образува в атмосферите на еволюиралите звезди, или какво остава от гигантски екзопланети с размерите на Юпитер, когато се озоват съвсем близо до звездата си, по-близо, отколкото нашия Меркусрий се намира до Слънцето. Всъщност повечето от въпросите тук спокойно биха могли да бъдат обсъждани на конференция на математици, а някой – дори на инженери.
Все пак нашата конференция е астрономическа, защото в днешно време сложността на въпросите е надраснала способността на отделен индивид или дори на малка група да ги реши. И това не е свързано с интелекта на хората, а с все по-широкия кръг от знания и умения, който са необходими за решаването на тези проблеми. Има въпроси, които изискват не само да се напишат няколко формули на гърба на използван плик, а да се построи нов инструмент, дори нов телескоп. И после дълги години да се правят подобрения, съобразно с най-новите технологии. Пример за подобен подход е измерването на масата на свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата галактика – резултат на почти двадесет годишно усилие, което включваше строежа на няколко специализирани инструмента; първо инфрачервена камера за т.нар. Lucky Imaging (това е метод, при който се изхвърлят примерно 90% от получените изображения и се използват само най-добрите, когато земната атмосфера за малко е била благосклонна към астрономите, предоставяйки им добро качество на изображението) и стигайки до система за активна оптика с изкуствени звезди, създадени от лазери. Тези усилия бяха наградени с Нобелова награда по физика през 2020 година. И тези усилия са важни, защото масата на черната дупка е кумулативен запис на еволюцията на една галактика, на цялата много милиардна поредица от сливания, поглъщане на по-малки галактики и растеж.
В самия край няколко думи казаха двама колеги от ЕСО, които се занимават съответно с политическата и с техническата страна на разпределение на времето, на строежа на нови инструменти. И двамата подчертаха нуждата от ясни дефиниции както и нуждата от бърза (само)организация на астрономическата общност. Обзор няма как да бъде започнат поне до втората половина на 2024 година, но заявка на голяма програма може да бъде подадена и евентуално одобрена на време, ако LSST започне да работи, както се предвижда в момента, през 2025-2026 година.

Видеозаписите на докладите от конференцията са свободно достъпни тук, а програмата тук.
Човек може да се запита защо трябва да плаща регистрация, ако докладите са достъпни? Докаладите са достъпни, но не из възможността да се общува с хората, да коментира, да задава въпроси и да участва в дискусиите – през MS Teams, през Slacks – и в края на краищата да покаже собствената си работа.

Краят на конферецнията е мсесица между облекчението, че работата пои организацията и провеждането ѝ свършва, и съжалението, че повечето от хората, с които си работил заедно, си заминават. Но от друга страна сега идва ред на истинската работа – особено на реализирането на поне част от идеите, които се появиха през тия няколко дена.
До следващия път!

По-надолу има подборка от няколко доклада, които ми се сториха особено интересни:
https://www.youtube.com/watch?v=6RvVcIxiTKw
https://www.youtube.com/watch?v=6RHyeduK4VM
https://www.youtube.com/watch?v=Q7t_9q0hBTM
https://www.youtube.com/watch?v=CNeoC7HEauw