دانشمندان پروژۀ ای‌اچ‌تی (Event Horizon Telescope) اولین تصویرِ ثبت‌شده از یک سیاه‌چاله را ده روز پیش (در تاریخ ۱۰ اپریل ۲۰۱۹) منتشر کردند. گذشته از این‌که خودِ عکسْ خیره‌کننده است، نبوغی که دانشمندانِ پروژۀ مذکور برای ثبت این تصویر به‌خرج دادند، همان‌قدر تاثیرگذار است.
پروژۀ ای‌اچ‌تی محصول همکاریِ هشت رصدخانه از چهار قارۀ مختلف است که داده‌های آن‌ها توسطِ حسگرهای پیشرفته و ساعت‌های اتمیْ گردآوری شده و در هزاران هارد دیسک ذخیره شده و از آن‌جا به خوشه‌های کامپیوتریِ MIT و بُن در آلمان منتقل می‌شد. در آن‌جا ابتدا این داده‌ها توسط یک الگوریتمِ پیچیده تحلیل شد، و بعد با تلفیقِ آن‌ها یک تصویرِ تکی تولید به‌دست آمد که چند روز پیش درمعرض دید جهانیان قرار گرفت. انجام این نوع پروژه‌ها نیازمندِ هماهنگی‌های باورنکردنی بین افراد مختلف بوده است؛ در اینجا به طرزکارِ این پروژه پی می‌بریم.
بهسازیِ تلسکوپ‌ها
قبل از هر چیز، احتمالا مشکل‌ترین جنبۀ کارِ ای‌اچ‌تی، همکاری همزمانِ تلسکوپ‌ها بود. برای ستاره‌شناس‌ها، دراختیارگرفتنِ حتی یک تلسکوپ هم کارِ مشکلی‌ست؛ و رصدِ همزمانِ بیش از نیم‌دوجین تلسکوپْ نیازمندِ مذاکرات فراوان است.
شپرد دولمان، از دانشمندانِ ارشدِ ای‌اچ‌تی می‌گوید تیمِ ما تصویری از سال ۲۰۰۸ دراختیار داشت که ثابت می‌کرد این نوع آزمایش‌ها نتیجه‌بخش است. به‌گفتۀ او، «وقتی دیگران به‌چشم خود دیدند که فناوریِ ما واقعا کار می‌کند، و فهمیدند که ما می‌توانیم از تلسکوپ به‌خوبی بهره‌برداری کنیم، آن‌و‌قت تلسکوپ‌های‌شان را در اختیار ما قرار دادند.»
تماشا کنید: اولین تصویر واقعی از یک سیاه‌چاله این فرضیه علمی را ثابت می‌کند.
اما دراختیارگرفتنِ تلسکوپ فقط بخشی از الزاماتِ پروژۀ ای‌اچ‌تی بود. تیمِ مذکور به مجموعه‌ای از تلسکوپ‌های مختلف دسترسی داشت که تجهیزات‌شان باهم فرق می‌کرد و امکانات‌شان بسیار متفاوت بود، برای همین بسیاری از تجهیزات باید ارتقاء داده یا اصلاح می‌شد. دولمان می‌گوید، «بعضی رصدخانه‌ها برای آن‌که بتوانند با تجهیزاتِ ما کار کنند، نیازمند اصلاحاتِ اختصاصی بودند.
پروژۀ ای‌اچ‌تی محصول همکاریِ هشت رصدخانه از چهار قارۀ مختلف است که داده‌های آن‌ها توسطِ حسگرهای پیشرفته و ساعت‌های اتمیْ گردآوری شده و در هزاران هارد دیسک ذخیره شده و از آن‌جا به خوشه‌های کامپیوتریِ MIT و بُن در آلمان منتقل می‌شد.
پس نه‌تنها باید از دیگران درخواستِ تلسکوپ می‌کردیم، که باید از آن‌ها می‌خواستیم اصلاحاتِ بخصوصی در تلسکوپ‌شان ایجاد کنند. ضمنا باید همۀ این رصدخانه‌ها را متقاعد می‌کردیم که این یک پروژۀ علمیِ خیلی مهم است تا آن‌ها هم به ما اجازه بدهند وارد تاسیسات‌شان شده و دستگاه‌های حساس‌شان را زیر و رو کنیم.»
در برخی موارد فقط کافی بود چند عددِ تجهیزاتِ اضافی نصب شود. اما بعضی رصدخانه‌ها نیازمندِ نصبِ حسگرها و دوربین‌های جدید، و سخت‌افزارهای جدیدِ پردازشِ تصویر بودند که با چارچوبِ کاری این پروژه سازگار شوند. برای رصدخانۀ آلما در شیلی، شش سال زمان و کُلی مذاکره نیاز بود تا همۀ بهسازی‌های لازم انجام شود.
به‌گفتۀ دولمان، «شش سال وقت صرفِ این شد تا سیستمی بسازیم که سیگنال‌های بدست‌آمده از ۶۰ آنتنِ بشقابیِ موجود در سایتِ آلما را طوری ترکیب کند که گویی یک سایت با یک آنتن داریم. ما به سایتِ آلما رفتیم و طرحِ خود را به مسئولانِ آن‌جا ارائه دادیم.
آن‌ها گفتند ’این طرحْ خیلی تهاجمی است. تغییراتِ زیادی در تاسیساتِ ما ایجاد می‌کند، یک نمونۀ ساده‌تر طراحی کنید.‘ ما هم مجبور شدیم به دفترِ کارمان برگردیم و مدلِ دیگری برای انجام آن طراحی کردیم.»
سرریزِ داده‌ها
به‌خاطر روش خاصِ گردآوری و پردازش داده‌ها توسط تیمِ ای‌اچ‌تی، بهسازیِ تلسکوپ‌ها امری ضروری بود. سیاه‌چاله‌ای که این تیم می‌خواستند رصد کنند، ۵۳ میلیون سالِ نوری فاصله داشت و درواقع یک نقطۀ فوق‌العاده ریز در آسمان بود. هیچ تلسکوپی به‌تنهایی موفق به انجام این‌کار نمی‌شد، برای همین تیمِ مذکور باید نورِ دریافتیِ همۀ تلسکوپ‌ها را درقالبِ یک تصویرِ واحد ترکیب می‌کرد. البته مشکل این است که این رصدخانه‌ها هزاران کیلومتر ازهم فاصله دارند. ستاره‌شناسان باید به‌طریقی نورِ این تلسکوپ‌ها را گردآوری کرده و آن را بدون هیچ‌گونه تلفاتِ داده‌ایْ به آنسوی اقیانوس منتقل و بعد آن‌ها را باهم ادغام می‌کردند. و درواقع همین‌کار را هم کردند.
تیمِ ای‌اچ‌تی در هرکدام از این رصدخانه‌ها، دوربین‌های متعدد و ساعت‌های اتمیِ فوق‌دقیقی نصب کرد. در طی فرایندِ رصد، سیگنالِ نوریِ ورودی به‌همراه زمانِ دقیقِ دریافتِ هر سیگنالْ ثبت شده، و همۀ اطلاعات روی هارد دیسک‌ها ذخیر شده، و بعد به خوشه‌های کامپیوتریِ MIT و بُن فرستاده می‌شدند.
تیمِ ای‌اچ‌تی باید نورِ دریافتیِ همۀ تلسکوپ‌ها را درقالبِ یک تصویرِ واحد ترکیب می‌کرد. بنابراین باید به‌طریقی نورِ این تلسکوپ‌ها را گردآوری کرده و آن را بدون هیچ‌گونه تلفاتِ داده‌ایْ به آنسوی اقیانوس منتقل و بعد آن‌ها را باهم ادغام می‌کردند.
آن‌طورکه دولمان می‌گوید، «معلوم شد که اینترنت برای ارسال این همه داده، هنوز خیلی کُند است. همۀ داده‌هایی که در آوریلِ ۲۰۱۷ در قطب جنوب ثبت کردیم، اگر قرار بود با اینترنت ارسال می‌شد، حدود بیست‌وپنج سال طول می‌کشید تا به‌دست‌مان برسد.» درعوض، هارد دیسک‌ها را بارِ کامیون‌ها و هواپیماها کردند و به‌طور دستی به مراکزِ داده تحویل دادند؛ در آن‌جا با استفاده از یک ابرکامپیوتر و الگوریتمی که توسط کِیتی بومان طراحی شده است، داده‌ها پردازش شدند. برای چیدنِ داده‌ها، از برچسب‌های زمانیِ ساعتِ اتمیْ استفاده شد و فاکتورهایی چون مکانِ رصد و انحنای زمین بر آن‌ها اعمال شد.
به‌گفتۀ دولمان، «مسئله این است که باید شبکۀ محاسباتیِ کافی برای پردازشِ همزمانِ همۀ داده‌ها را داشته باشید. و ضمنا این داده‌ها پهنای باندِ خیلی‌خیلی بالایی دارند. یعنی شما فرکانس‌های بسیار متفاوتی را ثبت می‌کنید و بعد باید شکلِ زمین و فاکتورهای دیگر را هم لحاظ کنید، که برای همۀ این‌کارها واقعا نیازمند خوشه‌ای از کامپیوترها هستید.»
اما نتیجۀ کار بسیار شفاف‌تر از عکسی‌ست که ممکن بود از یک تلسکوپِ تکی به‌دست آید (هرچه‌قدر هم که یک تلسکوپِ تکی بزرگ باشد). تیمِ ای‌اچ‌تی با ادغام‌کردنِ خروجیِ همۀ هشت رصدخانه درقالبِ یک تصویرِ واحد، تلسکوپی معادلِ اندازۀ کل زمین خلق کرد. هر رصدخانۀ اضافی، این تلسکوپِ مجازی را بزرگتر و حساس‌تر می‌سازد. درواقع شش سال در سایتِ آلما برای همین صرف شد. آلما یکی از بزرگترین تلسکوپ‌های دنیاست، و وجودش برای موفقیت این آزمایش مطلقا ضروری بود. دولمان می‌گوید، «آلما دقتِ کارِ ما را تقریبا ۱۰ برابر کرد.»
قدمِ بعدی چیست؟
حالا اگر هر تلسکوپِ اضافیْ تفاوتی چنین بزرگ در کیفیتِ خروجی ایجاد می‌کند، چرا تلسکوپ‌های بیشتری به این شبکه اضافه نمی‌کنند؟ درواقع نقشۀ دولمان هم همین است، اما اینْ کارِ چندان راحتی نیست. او می‌گوید، «هر بار که آنتنِ بشقابیِ جدیدی اضافه کنیم، کارِ ما چندین برابر سخت‌تر می‌شود. افزودنِ فقط یک آنتنِ بشقابی به این معناست که باید آن را همزمان به همۀ آنتن‌های موجود در شبکه متصل کنیم، و اضافه‌کردنِ فقط یک جفت ایستگاهِ دریافتِ سیگنال باعث افزایش قابل‌توجهِ عملیاتِ محاسباتی می‌شود.»
البته این مانعِ خیلی بزرگی نیست، اما باعث شده تیمِ ای‌اچ‌تی تمرکزِ شدیدی روی زیرساخت‌های محاسباتی خود داشته باشد. درحال‌حاضر، برنامه این است که بخشِ زیادی از این محاسبات را بُرون‌سپاری کنند، یعنی به مراکزِ دادۀ اَبری محول کنند. دولمان می‌گوید، «با این‌کار به قدرتِ محاسباتیِ نسبتا نامحدودی دسترسی خواهید داشت.»
البته برای افزودنِ تعداد تلسکوپ‌ها به این پروژه، موانعِ لجستیک و سازمان‌دهی هم وجود دارد. اضافه‌شدنِ هر رصدخانۀ جدید به معنیِ هفته‌ها، ماه‌ها، یا گاهی سال‌ها تلاش برای سازگارکردنِ آن با این پروژه است. هر رصدخانۀ جدید به معنای همکاری با یک سازمان یا دولت است. و هر رصدخانۀ تازه، نیازمندِ دانشمندان و کارکنانِ جدید است. هماهنگی همۀ این امور، آسان نیست.
اما دولمان می‌گوید ارزشش را دارد، چون به ما امکان می‌دهد که از اسرارآمیزترین اشیاءِ ستاره‌شناسیْ تصاویرِ شفاف‌تری به‌دست آوریم. ما با تلسکوپ‌های بیشتر، می‌توانیم عکس‌های بهتری بگیریم، و درنهایت می‌توانیم به هدفِ نهاییِ دولمان برسیم، یعنی: ویدیوی زنده.
به‌گفتۀ او، «مطمئنیم که می‌توانیم یک گام جلوتر رفته و از تولیدِ عکس‌های ثابت به تولید فیلمِ سیاه‌چاله برسیم. و فکر می‌کنیم طی یک دهۀ آینده موانعِ لجستیک برای تحقق این هدف برطرف خواهد شد.»
سالِ ۲۰۲۰ شاید بتوانیم ویدیویی از اَبرهای گازیِ اطرافِ یک سیاه‌چاله تماشا کنیم؛ سیاه‌چاله‌ای که از کل منظومۀ شمسی ما بزرگتر است، و گازهای اطرافش به‌خاطر سرعت زیادْ حالتِ پلاسما پیدا کرده و درحالِ بلعیده‌شدن به داخل سیاه‌چاله هستند. ولی یادتان باشد که این یک انیمیشن یا تصویرِ کامپیوتری نخواهد بود، بلکه یک پخش زنده خواهد بود!
ــــــــــــــــــــــ
منبع: Popular Mechanic | ترجمه از تیم نبشت
