Asztrofizika az Interneten: a...
81
Szalay Sándor Johns Hopkins University, Baltimore Asztrofizika az Interneten: a Világtávcső
Transcript of Asztrofizika az Interneten: a...
Szalay SándorJohns Hopkins University, Baltimore
Asztrofizika az Interneten:
a Világtávcső
Az ég első térképei
Kinai, 940 A.D.
Tycho Brahe 1600 A.D.
Uranometria, Johannes Beyer, Tycho Brahe csillagtérképéből
Tycho Brahe 1600 A.D.
Uranometria, Johannes Beyer, Tycho Brahe csillagtérképéből
USNO
Palomar és UK Schmidt lemezek alapján 1980-90
COBE, 1990
A mikrohullámú háttér fluktuációinak felfedezése
Astrophysical Research Consortium (ARC)
Célunk az északi égbolt minden eddiginél részletesebb térképe,5 év alatt, kb. $80M USD költséggel
40 Terabyte nyers adat, kb. 3 Terabyte a feldogozás után
The University of ChicagoPrinceton UniversityThe Johns Hopkins UniversityThe University of WashingtonFermi National Accelerator LaboratoryUS Naval ObservatoryThe Japanese Participation GroupThe Institute for Advanced StudyNew Mexico State UniversityMax Planck Institute für AstrophysikMax Planck Institute für Astronomie
SLOAN Alapitvány, NSF, DOE, NASA
A Sloan Digital Sky Survey
Astrophysical Research Consortium (ARC)
Célunk az északi égbolt minden eddiginél részletesebb térképe,5 év alatt, kb. $80M USD költséggel
40 Terabyte nyers adat, kb. 3 Terabyte a feldogozás után
The University of ChicagoPrinceton UniversityThe Johns Hopkins UniversityThe University of WashingtonFermi National Accelerator LaboratoryUS Naval ObservatoryThe Japanese Participation GroupThe Institute for Advanced StudyNew Mexico State UniversityMax Planck Institute für AstrophysikMax Planck Institute für Astronomie
SLOAN Alapitvány, NSF, DOE, NASA
A Sloan Digital Sky Survey
A projekt végére 17 év, $100M USD
120 Terabyte adat, kb. 15 Terabyte a feldogozás után
Motiváció
Az Univerzum “végső” térképe:⇒ a Kozmikus Genóm Projekt!
A galaxisok térbeli eloszlása:⇒ Mi a fluktuációk eredete?⇒ Mi az eloszlás topológiája?
Mit tartalmaz az Univerzum?⇒ Mennyi a sötét anyag?
Népszámlálás az Univerzumban:⇒ Hogyan kelekeztek a galaxisok?
Az Univerzum idősebb objektumai:⇒ Hol vannak a legtávolabbi kvazárok?
A táguló Univerzum
v = Ho rHubble törvény
Az Univerzum tágul: a galaxisok távolodnak, mérhető a spektrumvonalak vöröseltolódásából
Ω = sűrűség/kritikusha Ω <1, örökké tágul
Az Univerzum sorsát a tágulási és a gravitációs energia aránya dönti el
Az Univerzum elemei
A galaxisok térbeli eloszlása jól meghatározott szerkezetet mutat, amely a korai Univerzumból származik.
P(k): fluktuáció spectrum
Ωd > Ω* > Ωγ
Az Univerzum tömegének legnagyobb része sötét anyag, valószinűleg hideg.
ΩΛ> Ωd
Az Univerzum gravitációs energiájának legnagyobb része un. sötét energia, vagy kozmológiai konstans.
Az Univerzum elemei
A galaxisok térbeli eloszlása jól meghatározott szerkezetet mutat, amely a korai Univerzumból származik.
P(k): fluktuáció spectrum
Ωd > Ω* > Ωγ
Az Univerzum tömegének legnagyobb része sötét anyag, valószinűleg hideg.
ΩΛ> Ωd
Az Univerzum gravitációs energiájának legnagyobb része un. sötét energia, vagy kozmológiai konstans.
Az Univerzum paraméterei
H0 Hubble konstans 55-75 km/s/MpcΩ0 a sűrűségi paraméter 0.25-1t0 az univerzum életkora 13-15 Gévκ0 az univerzum görbülete 0.9-1.1Ωm az anyag sűrűsége 0.2 - 0.3ΩΛ a kozmológiai konstans 0 - 0.7ΩB / Ω0 a barion-tartalom 0.1-0.2Ων a neutrinók sűrűsége ?
Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt...
Cél: néhány százalékos pontosság 2 éven belül
Preciziós kozmológia!
A Kozmikus Genóm projektAz SDSS lesz az Univerzum minden
eddiginél részletesebb térképe
Gregory and Thompson 1978
deLapparent, Geller and Huchra 1986
A Kozmikus Genóm projektAz SDSS lesz az Univerzum minden
eddiginél részletesebb térképe
daCosta etal 1995
A Kozmikus Genóm projektAz SDSS lesz az Univerzum minden
eddiginél részletesebb térképe
SDSS Collaboration 2002
A Kozmikus Genóm projektAz SDSS lesz az Univerzum minden
eddiginél részletesebb térképe
SDSS Collaboration 2002
A Kozmikus Genóm projektAz SDSS lesz az Univerzum minden
eddiginél részletesebb térképe
A galaxisok eloszlásaEgészen nagy skálákon is megmérjük a galaxisok eloszlását
A galaxisok eloszlásaEgészen nagy skálákon is megmérjük a galaxisok eloszlását
A fluktuácók amplitudójának hibája
1970 x1001990 x21995 ±0.41998 ±0.21999 ±0.12001 ±0.05
Releváns hossz-skála
Távolságokat Megaparszekben mérünk:1 Mpc = 3 x 1024 cm5 Mpc = a galaxisok közti távoság
3000 Mpc = az Univerzum mérete
ha λ >200 Mpca fluktuációk alakja PRIMORDIÁLIS
ha λ <100 Mpca gravitáció hatására éles strukturák,falak és üregek keletkeznek
Biasinggalaxisok nem mindenütt keletkeznek:a legtöbb galaxis a nagy sűrűségű helyek közelében található,ezért az Univerzumban a fény eloszlása jobban strukturált minta tömegé.
Az Univerzum topológiája
Milyen a galaxisok eloszlása?Falakon vannak-e főleg a galaxisok, vagy inkább majdem véletlenszerűen helyezkednek el?
Speciális 2.5m távcső, Apache Point, NM3 fokos látószögLapos fókuszsik
Két, egymást kiegészitő kisérlet:Nagy felbontású képek öt szinbenSpektrumok felvétele
Óriási CCD mozaik52 CCD, 120 millió pixel,sokáig a világ legnagyobb kamerája
Két nagy felbontású spektrográf640 fényvezető üvegszál,3900Å-től 9200Å-ig terjedő spektrumok
Automatizált adatfeldolgozás130 emberévnyi szoftver fejlesztés
Óriási adatmennyiségTöbb mint 40 Terabyte nyers,kb. 15 Terabyte feldolgozott adat.Minden adat nyilvános
Az SDSS elemei
Apache Point Obszervatórium
Apache Point, Új Mexikó, a White Sands National Monument közelében
Az SDSS távcső
Megfigyelési stratégiaA képek 2.5 fok széles sávok
Elkerüljük a Tejútrendszer sikját
A déli féltekén többszörös (30) expozició
Az SDSS körvonalai
Az SDSS körvonalai
Több-szinű fotometria
• SDSS 5 szinben készit képeket• ∆λ~1500 Å, λ~5000 Å• 30,000 galaxis/perc• 150 milló galaxis,
150 millió csillag• 10,000 négyzetfok,
az ég ¼-e• `drift-scan’: a Földdel
együtt forog a távcső• Másodpercenként 8MB
A galaxisok vöröseltolódása ⇒ távolság
A SDSS Redshift Survey:1 millió galaxis
- ebből 100,000 elliptikus (z=0.4)100,000 kvazár100,000 csillag
Két spektrográfátfogás 3900-9200 Å.egyszerre 640 spektrum1.5 Å felbontás
Az adatfeldolgozás teljesen automatikus
A spektroszkópia
A műszerek
A kamera
A kamera
A kamera
A “csíkos” ég
Kalibrációk
A légkör áteresztőképességeállandóan változik:
kalibráció szükségesRobot-távcső:
automatikusan követi a fő távcsövet
Az első képek
1998 május 9
NGC 2068
UGC 3214
NGC 6070
A spektrogáfok
Az üvegszálak
•A galaxisok fényét vezetik a spektrográfba
•Összesen 640 üvegszál
Az első spektrumok
Automatikus adatfeldolgozás
A legtávolabbi kvazárok
A hét legtávolabbi kvazárt az SDSS találta!
A legtávolabbi kvazárok
A hét legtávolabbi kvazárt az SDSS találta!
2000 tavasza: 5.3 és 5.8 vöröseltolódás
2001 tavasza: 6.0 és 6.28
Hanghullámok az Univerzumban
• Rekombináció fizikája– Zeldovich,Sunyaev, Peebles, Yu
• Andrei Sakharov– Korai állóhullámok
• Az Univerzum egy rezonáns üreg• Méret: hang-horizont
COBE DMR térkép
WMAP 1 éves (2003)
WMAP 3 éves
WMAP 5 éves ILC
WMAP 5 éves spektrum
SDSS+2dF
SDSS DR6+2dF SDSS DR5(Percival et al 2006)
Percival, Cole, Eisentein, Nichol, Peacock, Pope, Szalay (2007)
Az Univerzum paraméterei
Az Univerzum paraméterei
Az Univerzum paraméterei
H0 Hubble konstans 55-75 km/s/MpcΩ0 a sűrűségi paraméter 0.25-1t0 az univerzum életkora 13-15 Gévκ0 az univerzum görbülete 0.9-1.1Ωm az anyag sűrűsége 0.2 - 0.3ΩΛ a kozmológiai konstans 0 - 0.7ΩB / Ω0 a barion-tartalom 0.1-0.2Ων a neutrinók sűrűsége ?
Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt...
Cél: néhány százalékos pontosság 2 éven belül
Preciziós kozmológia!
SkyServer Története
Célok• Egyszerű, vizuáls hozzáférés izgalmas új adatokhoz• Megmutatni, hogy érdekes adatok nem csak unalmas
felületen kereszül lehet elérni• Kisérlet tudományos publikációk új formájára • Tervezett hallgatóság
– Okos középiskolások– Amatőr csillagászok– Széles nyilvánosság
• Eleve több nyelvre készült
EDR: Early Data Release
• SDSS Early Data Release (2001, június 6)• 100 GB katalógus, néhány száz négyzetfok• SkyServer – csak ismeretterjesztésre• Két hét alatt (Szalay és Gray, 20 órás munkanapok)• Web site tervezése (Szalay)• Képek egy automatizált PhotoShop scripttel• Tartalom – Stephen Landy• Hardware Compaq ajándéka
DR1: Data Release 1
• Az első igazi publikáció (2003 Május)• 1.1TB adatbázis, csatolva 6TB képhez• SkyServer vizuális interface teljesen átirva
– New graphic design by Curtis Wong, Asta Roseway (MS)– Modified stylesheets and embedded scripts only– Web site translated in 2 days
• Új vizuális eszközök (SOAP Web Services)– Szalay, Gray, Maria Nieto-SantiSteban
• Nzivánosan publikált API• Helpdesk 24 órában• MySkyServer
– 0.65GB laptop változat
DR2: Data Release 2
• 2004 Március 15, 2.2 Tbos adatbázis• Interface lényegében nem változott• Szines képek tejesen újra processzálva• Több nyelvű forditás
– Japán, Francia, Német, Spanyol, Magyar• Összes eszközt teljesen átirtuk
– Most már megfelel a profi csillagászoknak is• Drámaian növekszik a forgalom• 3 web szerver és 3 DB szerver• Collaborációs eszközök: MyDB
SDSS végre elkészült!
• 2008 május 10-én az SDSS hivatalosan végetért• Végső publikáció (DR8) 2008 október 31-én• Végleges archiválás
– Összes papir U. Chicago Library– Mély digitális JHU Library – Adatbázis JHU Physics
• Archivum több mint 100TB– Összes nyers adat – Összes kalibrált adat– Összes adatbázis véltozat (>18TB)– Tejes email archivum, műszaki rajzok– Teljes szoftver archivum
SkyServer
• Statisztikák– 650 millió web hit 8 év alatt– 1,000,000 IP cim
vs 15,000 csillagász– 100 milliárd sornyi adat letöltve– Minden hatványfüggvény
• Kollaborációs eszközök– Casjobs/MyDB– Profi felhasznóknak saját adatbázis– Eredmények a központi szerveren, kapcsolódnak a fő
adatokhoz– Egyszerű rajzoló programok– Több mint 2,400 ‘profi user’
SkyServer Forgalom
Web and SQL Traffic
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
10000000
100000000
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61Month
Hits
WebSQLExpon. (Web)
Skyserver Sessions
Singh et al 2006
• A következő generáció térképei teljesen megváltoztatjáka mai csillagászatot
az ég nagy részét lefedikhomogén, jól kalibrált katalógusok5 éven belül 11 hullámhosszon készül térkép- SDSS + FIRST, GALEX, PRIME
• A technológia az adatok kezelésére már elérhető és egyre jobb lesz
• Adatbányászat (“Data mining”) rengeteg új felfedezéshez vezet majd
• A katalógusok integrálása a következő nagy feladat:=> Virtuális Obszervatórium
Az Univerzum Mega-Térképei
Trendek
Mikrohullámú háttér (pixel)• 1990 COBE 1000• 2000 Boomerang 10,000• 2002 CBI 50,000• 2003 WMAP 1 Million• 2008 Planck 10 Million
Galaxis távolságok• 1986 CfA 3500• 1996 LCRS 23000• 2003 2dF 250000• 2005 SDSS 750000
Galaxis képek és poziciók (obj)• 1970 Lick 1M• 1990 APM 2M• 2005 SDSS 200M• 2008 VISTA 1000M• 2012 LSST 3000M
Idő dimenzió• QUEST• SDSS Extension survey• Dark Energy Camera• PanStarrs• SNAP…• LSST…
Exponenciális Világ
• Tudományos adatok évente duplázódnak– Olcsó szenzorok és
egyre gyorsabb komputerek
• Megváltozik a tudomány • Minden tudományág átalakul (eScience)• Egyre több munka az adatok analizise• Nem csak a tudomány – a világ szervereinek 20%-a öt cég tulajdona
– Google, Microsoft, Yahoo, Amazon, eBay
Gray Törvényei
Jim Gray (Turing dij):• Tudományos számitások az adatok körül forognak• Sok kis gépből épitsünk nagyot
– Scale-out• Vigyük az analizist az adatokhoz• Kezdjük a “20 kérdéssel”• “Működőtől működőig”
Virtuális Obszervatórium
• A legtöbb adat elérhető az Interneten• Az Internet a világ legjobb távcsöve:
– Látja az egész eget– Az egész elektromágneses spektrumban:
látható, röntgen, rádio, UV, IR..– Olyan érzékeny mint a legjobb távcsövek
(2 évvel ezelőtt...).– Mindig elérhető– Az “atmoszféra” mindig átlátszó– Okos a távcső:
összkapcsolja az objektumokat, a képeket és a róluk szóló cikkeket
• A szofver a fő költség– Lényeg a szabványositás... és Open Source
• NSF ITR project, “Building the Framework for the National Virtual Observatory” – NASA adatcentrumok– Nemzeti obszervatóriumok– Szupercomputer centrumok– Egyetemek– Informatikusok
• Mér 15 országban (MO-on is)⇒ International Virtual Observatory Alliance
National Virtual Observatory
Jim Gray eltűnik a tengeren
• 2006 január 28• Mindent felülmúló keresés• Coast Guard, Google,
Microsoft, Amazon• 100,000 ember keresi az interneten• Szétdaraboltuk a műholdas képeket, és emberek
szemre kerestek vitorlás hajókat• Wired Magazin 2006 őszén leirja történetét• Ennek hatására Google Sky, Microsoft World Wide
Telescope• Galaxy Zoo, hasonló a műholdas kereséshez
GalaxyZoo
• SkyServer + önkéntesek (C. Lintott, Oxford)• 40+ millió galaxis klasszifikácó szemmel• Óriási publicitás (CNN, Times, Washington Post, BBC)• 200,000 résztvevő, blogs, versek, ….• Egy holland tanárnő óriási felfedezése (Hannys Voorwerp)
– További megfigyelések: Hubble, VLBA, GALEX
Teljesen új módja a tudománynak
WWT, Google Sky
• Microsoft, Jim Gray emlékére• Curtis Wong, Jonathan Fay, kb. egy év munkával• Messze a legjobb interface bármilyen csillagászati
programhoz• Virtuális túrák• Bolygók és holdak• SDSS három dimenzióban (Miguel Aragon-Calvo,
Mark SubbaRao)• Google Sky (Andrew Connolly, Ryan Scranton)
Magyar hozzájárulások
Budavári Tamás (JHU/ELTE)
Csabai István (ELTE)
Dobos László (ELTE)
Purger Norbert (ELTE)
Szapudi István (U. Hawaii)
Szokoly Gyula (ELTE)
Szalay Sándor (JHU/ELTE)
“The future is already here. It’s just not very evenly distributed”
William Gibson
