又到中秋月圓時(shí)。“但愿人長(zhǎng)久,千里共嬋娟”、“舉頭望明月,低頭思故鄉(xiāng)”、“白兔搗藥秋復(fù)春,嫦娥孤棲與誰鄰”……古往今來,神秘遙遠(yuǎn)的月亮不僅寄托著人們的情感,也引發(fā)了好奇和遐想。對(duì)于很多的天文愛好者來說,一年一度的中秋無疑是賞月最佳時(shí)間。

月亮的真面目到底是怎樣的?宇宙到底是如何形成的?這些問題一直吸引著人們探索宇宙星空大海,也推動(dòng)著天文技術(shù)的快速發(fā)展。在宇宙天文領(lǐng)域,高性能計(jì)算已經(jīng)成為不可或缺的工具。下面,就讓我們一起嘗試中秋賞月的高級(jí)姿勢(shì)。

虛擬天文臺(tái):全面了解月亮及宇宙奧秘

浩瀚的宇宙總是讓人感到神秘莫測(cè),激發(fā)了無數(shù)科學(xué)家的探索夢(mèng)想,在這種情況下,科學(xué)家們屢次實(shí)驗(yàn)發(fā)射衛(wèi)星和建設(shè)天文臺(tái),以滿足自身對(duì)宇宙未知世界的探索需求。在國家天文臺(tái),浪潮設(shè)計(jì)構(gòu)建的超級(jí)計(jì)算機(jī)正在服務(wù)于中國虛擬天文臺(tái)。

虛擬天文臺(tái)(Virtual Observatory,簡(jiǎn)稱VO)由虛擬的數(shù)字天空、天文望遠(yuǎn)鏡和探測(cè)設(shè)備所組成,利用伽馬射線、X射線、紅外線、紫外線和光學(xué)巡天所得到的觀測(cè)數(shù)據(jù),用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范的整理、歸檔,構(gòu)成一個(gè)全波段的數(shù)字虛擬天空。在這里,你可以了解月亮與宇宙更多的奧秘。

天宮二號(hào)空間站:在距地面393公里處賞月

天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室,是中國自主研發(fā)的第二個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室,位于距地面393公里的軌道高度,這里賞月無疑是奇妙的。

“伽馬暴偏振探測(cè)(POLAR)”是中國和瑞士開展的國際合作項(xiàng)目。該項(xiàng)目是中國空間天文“黑洞探針”計(jì)劃的組成部分,借助天宮二號(hào)攜帶的國際首個(gè)專用的高靈敏度伽馬射線暴偏振測(cè)量?jī)x器,以黑洞等極端天體作為恒星和星系演化的探針,理解宇宙極端物理過程和規(guī)律,解答宇宙組成和演化。

用世界最大綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡探索深空宇宙

目前天文觀測(cè)中分辨率最高的觀測(cè)手段是甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI)。VLBI是一種射電天文學(xué)測(cè)量方法,它允許用多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡同時(shí)觀測(cè)一個(gè)天體,從而模擬一個(gè)大小相當(dāng)于望遠(yuǎn)鏡間最大間隔距離的巨型望遠(yuǎn)鏡,在嫦娥系列衛(wèi)星“奔月”之路上立下了汗馬功勞。如果利用VLBI技術(shù),將更多的射電望遠(yuǎn)鏡“連接”起來,是否就可以組成一個(gè)更大規(guī)模的“超級(jí)望遠(yuǎn)鏡”,探索更多的宇宙奧秘?事實(shí)上,超過20個(gè)國家的約100個(gè)組織正在將這一設(shè)想付諸實(shí)踐,這項(xiàng)國際大科學(xué)工程就是平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡(Square Kilometre Array,簡(jiǎn)稱SKA)。

SKA是國際天文界計(jì)劃建造的世界最大綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡,其接收面積達(dá)一平方公里,比目前最大厘米波綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡JVLA靈敏度提高50 倍、搜尋速度提高10000 倍。SKA最終將建設(shè)上千面反射面天線和一百多萬個(gè)低頻天線,所有這些望遠(yuǎn)鏡被等效為一個(gè)反射面積高達(dá)1平方公里的超大望遠(yuǎn)鏡。天文學(xué)家能夠利用它觀察整個(gè)天空,并監(jiān)測(cè)天空中從未有過的細(xì)節(jié)。月亮當(dāng)然也不在話下。

國際天文合作項(xiàng)目的興起,與天文望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的快速發(fā)展息息相關(guān)。主動(dòng)光學(xué)技術(shù)、自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)、光干涉技術(shù)、薄鏡面拼接等新技術(shù)的出現(xiàn),使得天文學(xué)的數(shù)據(jù)收集能力在過去十多年中,以類似摩爾定律的速度快速增長(zhǎng)——光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的接收面積每二十五年增長(zhǎng)一倍,而天文探測(cè)儀器上裝備的CCD像素?cái)?shù)更是每?jī)赡昙纯稍鲩L(zhǎng)一倍。同時(shí),天文觀測(cè)也逐漸進(jìn)入多波段時(shí)代,從射電到紅外、光學(xué)和紫外,從X射線到伽馬射線,各種波段的觀測(cè)數(shù)據(jù)使得天文學(xué)家可以對(duì)天體有更全面的理解。巨大的數(shù)據(jù)產(chǎn)出讓天文學(xué)家們第一次覺得數(shù)據(jù)多得用不了,高性能計(jì)算逐漸承擔(dān)起數(shù)據(jù)計(jì)算分析和傳輸?shù)闹厝巍?/p>

結(jié)合多年高性能計(jì)算領(lǐng)域的深刻理解和技術(shù)創(chuàng)新,浪潮分別參與了中國虛擬天文臺(tái)、中科院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心以及SKA國際大科學(xué)工程等項(xiàng)目,以高性能計(jì)算技術(shù)助力中國和全球科學(xué)家在宇宙探測(cè)領(lǐng)域的科研工作。借助高性能計(jì)算在天文研究中的應(yīng)用,也許在不久的將來,人們?cè)谥星锕?jié)不僅可以賞月、品嘗月餅,還可以到月球和太空旅行。