Nad Twoją głową właśnie przelatują miliardy miliardów fotonów, drobnych cząstek światła, które pokonały kosmiczne odległości, by dotrzeć do Ziemi. Wielu z nas o tym nie myśli wcale. Inni zatrzymują się nad tym tylko na chwilę. Ale astronomowie myślą o tym bez przerwy – tyle że zamiast patrzeć w okular teleskopu, coraz częściej zaglądają w ekrany komputerów.
Profesjonalna astronomia to już nie romantyczny widok badacza spoglądającego przez soczewkę teleskopu. To wielkie kamery, cyfrowe obrazy i setki terabajtów danych generowane każdej nocy. Obserwatoria SDSS, Subaru HSC czy TESS nie wskazują palcem konkretnego obiektu – skanują całe połacie nieba. Obserwatorium Vera Rubin w Chile, które ruszyło wczoraj, to nowy lider astronomicznej rewolucji. Każdej nocy wygeneruje dane tak "napchane", że gdybyś chciał obejrzeć każdy wygenerowany obraz choćby przez sekundę na ekranie w rozdzielczości 4K, nie zdążyłbyś ich przejrzeć nawet w tydzień.
Ale jak radzić sobie z tym oceanem pikseli, skoro ludzkie oko nie ma szans za tym nadążyć? Tutaj wkraczają algorytmy. Tylko skąd wiadomo, że dobrze wykonają swoją robotę?
Rozwiązaniem tego astronomicznego chaosu danych stały się symulacje. Nie proste animacje, ale symulacje tak drobiazgowe, że śledzą losy pojedynczych fotonów. Właśnie tym zajmuje się PhoSim – symulator fotonów, który jest jak kosmiczna gra komputerowa na sterydach. Każdy foton, każda cząstka światła, zostaje przetworzona od gwiazdy, przez atmosferę Ziemi, po soczewki i lustra teleskopu. Tak, jakby działały dokładnie te same zasady, które obowiązują naszą rzeczywistość.
PhoSim to dzieło naukowców z Purdue University, którzy pokazują, jak realne problemy można rozwiązać wirtualnym światłem. Symulują wszystko – turbulencje atmosferyczne, odkształcenia luster teleskopów, błędy w elektronice. Dzięki temu astronomowie zyskują coś, czego nie da się zastąpić – kontrolę. Mogą dokładnie sprawdzić, jak algorytmy reagują na różne warunki, jak sobie radzą ze zniekształceniami, czy potrafią wychwycić kluczowe informacje z gigantycznych danych.
Turbulencje atmosferyczne mogą przesunąć pozycje gwiazd na zdjęciach nawet o kilka sekund kątowych. Dzięki PhoSim astronomowie badają, jak dokładnie te efekty wpływają na obserwacje. To pozwala na precyzyjne kalibracje i usunięcie zakłóceń, które jeszcze dekadę temu były nieuchwytne. Nawet minimalne zmiany temperatury lustra teleskopu mogą skutkować znacznym rozmyciem obrazu. PhoSim pozwala przewidzieć te zmiany z niesamowitą dokładnością. To zaś jest bezcenne przy budowie nowych instrumentów astronomicznych i usprawnianiu tych istniejących.
I ostatecznie: kamery teleskopów są skomplikowanymi urządzeniami, w których pola elektryczne mogą się zniekształcać, deformując obrazy. Symulacje PhoSim pozwalają astronomom identyfikować źródła takich zakłóceń, umożliwiając im tworzenie coraz doskonalszych algorytmów korekcyjnych.
Symulacje PhoSim prowadzą do niesamowicie ważnego pytania: na ile obrazy, które otrzymujemy z teleskopów, są odzwierciedleniem rzeczywistości, a na ile wynikiem zniekształceń i błędów? Tu odpowiedź jest tylko pozornie prosta. Odpowiedź decyduje o przyszłości astronomii. Bo jeśli potrafimy symulować rzeczywistość wystarczająco wiernie, potrafimy też lepiej ją zrozumieć.
W praktyce oznacza to jedno – coraz lepsze, dokładniejsze pomiary Wszechświata. Obserwatorium Rubin, wspierane przez PhoSim, będzie w stanie mapować galaktyki w trzech wymiarach, precyzyjniej badać ciemną materię i energię, a nawet skuteczniej wyszukiwać planety pozasłoneczne. Ludzie już nie dają rady, a algorytmy też nie są z gumy i potrzebują dobrych danych wsadowych.
Przejście na symulacje to mus. Dzięki symulacjom astronomowie otrzymują narzędzie, które eliminuje zgadywanie, pozwalając im na precyzyjne sterowanie badaniami. Ale czy wszyscy na tym skorzystają? Paradoksalnie, tracić mogą ci, którzy nie nadążają za technologią – instytucje badawcze nieinwestujące w rozwój symulacji mogą szybko wypaść z gry. Nauka nie znosi próżni: kto się nie rozwija, ten się zwija.
Czytaj również: Honda kieruje się ku gwiazdom i goni SpaceX. Znamy efekt pierwszego testu rakiety
Pełny obraz Wszechświata coraz częściej rodzi się nie w soczewkach teleskopów, ale w komputerach. A astronomia, dzięki takim projektom jak PhoSim, wchodzi w epokę, gdzie zaczynamy polegać w owej materii na maszynach bardziej, niż na ludziach. My nie dajemy rady. Maszyny nie poproszą o przerwę, czy podwyżkę.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
