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13/2/21 - DJ:

El cielo en la máquina

T.E.L: 4 min.

Los desafíos del diluvio de datos en la astronomía actual y el LSST del Observatorio Rubin.


La astronomía puede ser una actividad solitaria y en su desarrollo encontraremos historias de logros realizados en forma individual por astrónomos con el cuerpo inclinado para poner su ojo en el ocular del telescopio. La fotografía analógica contribuyó al desarrollo de la astronomía y fue común que los profesionales ubicaran una placa de vidrio emulsionada en la parte posterior del telescopio para luego revelarla, como un rollo de fotos. Para descubrir fenómenos transitorios (cambios de brillo-posición), los científicos debían comparar una imagen con otra anterior, recorriéndolas con una lupa. La astronomía era artesanal.

La actualidad es muy diferente. Es digital. Un ejemplo para dar cuenta de la diferencia de escala con el pasado reciente es el proyecto LSST (Legacy Survey of Space and Time) que llevará a cabo el Observatorio Rubin. Con su telescopio de 8,4m de diámetro, desde finales de 2022 según lo previsto, este sondeo del espacio-tiempo tomará una imagen completa del Hemisferio Sur Celeste cada tres noches durante diez años. Lo bueno es que recolectará una enorme cantidad de datos. Lo malo, es que tanta información es difícil de manejar, por lo que resulta indispensable la informática más avanzada en el manejo y almacenamiento de datos.

En definitiva, los astrónomos intentan cada vez más, poner el cielo en una computadora, parafraseando aquel álbum de The Police, "Ghost in the Machine" o "El Fantasma en la máquina" que incluía la canción "Demasiada información":

Too much information running through my brain
Too much information driving me insane

Se prevé que el Observatorio producirá unos 20 terabytes (TB) de datos sin procesar (raw) por noche. En los 10 años previstos, serán 60 petabytes (PB).

DEL CIELO A LA NUBE
El tamaño de estos datos es mayormente debido a la cámara de 3200 megapíxeles. "Solo toma fotografías gigantescas. Una sola imagen necesitaría 378 televisores 4K para mostrarse en su tamaño real", comentó Dino Bektešević, científico del Instituto DiRAC en la Universidad de Washington.

Con esta cámara se tomará una imagen cada 30 segundos, cada noche, durante una década. La cámara mide 1,65 x 3 metros y pesa casi tres toneladas. Posee un campo de visión de 3,5º.


El diseño óptico del observatorio consiste en tres espejos con un corrector de refracción, capaz de observar 9,62 grados cuadrados del cielo, unas 40 veces el área de la luna llena.

Cada imagen contiene mucha información que debe ser catalogada y procesada con rapidez. Incluso, en tiempo real, ya que se intenta crear un sistema de alerta para detectar los fenómenos transitorios.

Por estas razones, los astrónomos que trabajan en el Observatorio Rubin deben desarrollar algoritmos de avanzada para almacenar y procesar grandes cantidades de datos y ofrecerlos para su investigación en forma rápida. En muchos casos, los astrónomos harán sus investigaciones a través de los datos incluidos en un catálogo producidos por reducción de imágenes a través de una arquitectura pipeline.

Pero podría ser muy útil hacer análisis personalizados de algún subconjunto de los datos originales. Eso requeriría una infraestructura mucho mayor, por lo que en se ha recurrido a los servicios en la nube.

"Estamos consiguiendo que los astrónomos ya no miren con telescopios objetos individuales, pero en realidad les estamos dando una serie de datos sobre los que pueden hacer estadísticas adecuadas", señala William O'Mullane, jefe del Equipo de Manejo de Datos de Rubin.



El sistema desarrollado usa Amazon Web Services (AWS). En particular, el servicio S3 que es un almacenamiento de objetos. A diferencia de los sistemas de archivos más tradicionales que manejan datos como jerarquía de archivos o bloques de datos en sectores, el almacenamiento de objetos maneja datos como objetos. Esto permite almacenar masivas cantidades de datos sin estructura.

El tamaño del volumen de datos a recopilar, noche tras noche, no tiene precedentes. Las imágenes de Campo Profundo del Hubble revolucionaron la astronomía contemporánea, al hallar miles de galaxias en un pequeño sector del cielo. Los astrónomos del Rubin estiman que la primera adquisición de datos (DR1), con solo 6 meses de observaciones, contendrá 18 mil millones de objetos. Y a partir de allí, el doble cada año, durante una década. Sin embargo, esto dependerá de las capacidades informáticas de manipular los datos para que los astrónomos puedan realizar investigaciones y descubrimientos.


La tecnología de avanzada del Telescopio Rubin para llevar adelante el LSST es tan importante que forma parte del nuevo logo del Observatorio: las líneas con puntos representan los circuitos electrónicos.

Aquel disco del trío británico The Police contenía también el tema "Sol Invisible". Con el telescopio Rubin y el sondeo LSST, los astrónomos serán capaces de encontrar enormes cantidades de soles invisibles al ojo humano, transformándolos en ceros y unos en una memoria de silicio. Los astrónomos -policías del cielo- están trayendo la noche (Bring On The Night) para guardar su Mensaje en una botella electrónica☉

Salí esta mañana, no creo lo que vi/
Cien mil millones de botellas varadas a la orilla/ 
Parece que no estoy solo estando solo/
Cientos de miles de millones de náufragos, buscando un hogar


Fuentes y enlaces relacionados
Eyes to the sky

A Gateway to Astronomical Image Processing: Rubin Observatory Science Pipelines on AWS

LSST in the Cloud

LSST

Sobre las imágenes
Créditos: LSST.org
Imagen inicial: A visual representation of the Rubin Science Platform in use with a background image of the Rosette Nebula



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