Астропульс: Ғарыштық сигналдарды іздеу және ерікті есептеу жобасы
Astropulse
Астропульс: Ғарыштан сигналдарды іздеу, қара құрдымдар мен пульсарларды анықтауға көмектесетін ерікті есептеу жобасы. SETI@home бағдарламасының бөлігі. 🚀🌌
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
BOINC-тегі ерікті есептеу SETI@home кіші жобасы
BOINC based volunteer computing SETI@home subproject
Astropulse – бастапқы қара тесіктерді, пульсарларды және сыртқы әлемдегі интеллектіні (ETI) іздеуге арналған ерікті есептеу жобасы. Ерікті ресурстар Беркли желілік есептеуге арналған ашық инфрақұрылымы (BOINC) платформасы арқылы қолданылады. 1999 жылы Space Sciences Laboratory SETI@home жобасын іске қосты, ол әлемнің түкпір-түкпіріндегі жеке компьютерлердегі үлкен көлемді параллель есептеулерге негізделген. SETI@home Аресибо радио телескопынан алынған жазбаларды пайдаланып, ғарыштан келетін тар жолақты радиосигналдарды іздейді, олар сыртқы технологияның болуын көрсетеді. Бірақ осы деректерді астрономия және физика қауымдастығы үшін де пайдалы басқа да сигналдарды табу үшін қолдануға болатыны көп ұзамай анықталды.
Astropulse is a volunteer computing project to search for primordial black holes, pulsars, and extraterrestrial intelligence (ETI). Volunteer resources are harnessed through Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC) platform. In 1999, the Space Sciences Laboratory launched SETI@home, which would rely on massively parallel computation on desktop computers scattered around the world. SETI@home utilizes recorded data from the Arecibo radio telescope and searches for narrow bandwidth radio signals from space, signifying the presence of extraterrestrial technology. It was soon recognized that this same data might be scoured for other signals of value to the astronomy and physics community.
Даму
Шамамен 6 жыл бойы Astropulse жалпы қоғамға қолжетімді емес, тәжірибелік бета-тестілеу кезеңінде болды. 2008 жылдың шілдесінде Astropulse SETI@home жүйесіне интеграцияланды, осылайша SETI қатысушыларының кең желісі басқа да құнды астрономиялық сигналдарды іздеуге үлес қоса алды. Astropulse ET іздеуіне де үлес қосады: біріншіден, жобаны қолдаушылар бастапқы SETI@Home алгоритмімен анықталмаған ET сигналының басқа түрін анықтауы мүмкін деп санайды; екіншіден, қолдаушылар осы жобаның жалпы іздеу нәтижесінен екінші нақты нәтиже беру арқылы SETI-ге қосымша қолдау көрсетуі мүмкін деп есептейді. Astropulse-тің соңғы дамуы екі кезеңнен тұрады. Бірінші қадам – мақсатты импульсті сәтті анықтай алатын Astropulse C++ ядросын аяқтау болды. Бағдарлама аяқталғаннан кейін, команда жасырын импульсті қамтитын сынақ деректер жиынтығын жасады, оны аяқталған бағдарлама сәтті тапты, осылайша Astropulse ядросының мақсатты импульстерді сәтті анықтау қабілеті расталды. 2008 жылдың шілдесінен бері зерттеулер бета-нұсқаға бірнеше түзетулер енгізуге бағытталған, олар SETI қатысушыларының барлық желісіне таратылады. Бағдарламалау деңгейінде әзірлеушілер алдымен жаңа нұсқалардың әртүрлі платформалармен үйлесімділігін қамтамасыз етеді, содан кейін жетілдірілген нұсқа жылдамдық үшін оңтайландырылады. 2009 жылдың сәуір айынан бастап Astropulse 5.05 бета-нұсқасын сынақтан өткізу жүргізілуде. Жобаның болашағы SETI@home-ға бөлінетін қаржыландыруға байланысты. BOINC идеясы – үлкен дерек блоктарын кішірек бөліктерге бөлу (жіктеу), олардың әрқайсысы жеке қатысушының жұмыс станциясына таратылуы мүмкін. Осы мақсатта жоба Astropulse ядросын SETI бета-клиентіне енгізе бастады және Astropulse жұмыс бірліктеріне бөлінген нақты деректерді бета-тестілеушілер тобына таратуды бастады. Ең үлкен қиындық – Astropulse ядросының әртүрлі операциялық жүйелерде үздіксіз жұмыс істейтініне көз жеткізу болды. Қазіргі зерттеулер жалған оң нәтижелерді жоюға немесе азайтуға бағытталған алгоритмдік жетілдірулерді іске асыруға бағытталған.
For about 6 years, Astropulse existed in an experimental beta testing phase not available to the general community. In July 2008, Astropulse was integrated into SETI@home, so that the massive network of SETI participants could also contribute to the search for other astronomical signals of value. Astropulse also makes contributions to the search for ET: first, project proponents believe it may identify a different type of ET signal not identified by the original SETI@Home algorithm; second, proponents believe it may create additional support for SETI by providing a second possible concrete result from the overall search project. Final development of Astropulse has been a two part endeavor. The first step was to complete the Astropulse C++ core that can successfully identify a target pulse. Upon completion of that program, the team created a trial dataset that contained a hidden pulse, which the completed program successfully found, thus confirming the ability of the Astropulse core to successfully identify target pulses. Since July 2008, research has focused on a series of refinements to the beta version which are then rolled out to the full universe of SETI participants. At the programming level, developers first seek to assure that new versions are compatible with a variety of platforms, after which the refined version is optimized for greater speed. As of April, 2009, Astropulse is testing beta version 5.05. The future of the project depends on extended funding to SETI@home. The BOINC idea is to divide (split) large blocks of data into smaller units, each of which can be distributed to individual participating work stations. To this end, the project then began to embed the Astropulse core into the SETI beta client and began to distribute real data, split into Astropulse work units, to a team of beta testers. The challenge has been to assure that the Astropulse core will work seamlessly on a broad array of operating systems. Current research focuses on implementing algorithm refinements that eliminate or reduce false positives.
Ғылыми зерттеулер
Астропульс жеке импульстарды да, жүйелі түрде қайталанатын импульстарды да іздейді. Бұл эксперимент SETI үшін жаңа стратегияны ұсынады, микросекундтық уақыт өлшеміндегі импульстарды ұзақ импульстарға немесе тар жолақты сигналдарға қарамастан іздеуді қамтиды. Олар пульсарлар мен жарылып жатқан алғашқы қара тесіктерді де анықтауы мүмкін, олардың екеуі де қысқа, кең жолақты импульстар шығарады. Astropulse негізгі алгоритмінің басты мақсаты – Astropulse іздейтін микросекундтық радио импульстардың когерентті дедисперсиясын жасау. Сигналдың дисперсиясы импульс жұлдызаралық ортаның (ЖЖО) плазмасынан өтетін кезде пайда болады, себебі жоғары жиілікті сәулелену төменгі жиілікті сәулеленуге қарағанда сәл жылдам қозғалады. Осылайша, сигнал радио телескопқа Жер мен импульс көзі арасындағы ЖЖО плазмасының мөлшеріне байланысты дисперсияланған күйде жетеді. Дедисперсия есептеулерді көп қажет етеді, сондықтан ол үлестірілген есептеу моделіне өте қолайлы. Astropulse SETI@home-дың үлестірілген есептеу қуатын пайдаланады, жүздеген мың еріктілердің компьютерлеріне есептеу тапсырмаларын жүктеу арқылы бұрынғы зерттеулерге қарағанда сезімталдық және уақыт шешімі жағынан артықшылықтарға қол жеткізеді. Кең жолақты импульстар жұлдызаралық ортадан өту кезінде "чирптелуі" мүмкін, яғни жоғары жиіліктер ертерек, ал төменгі жиіліктер кейінірек жетеді. Осылайша, кең жолақты жиілік контенті бар импульстар үшін дисперсия сигналдың сыртқы әлемде пайда болғанын көрсетеді. Astropulse дисперсиялық шаралары 50-ден 800-ге дейінгі (микросекундына 7000-ден 400-ге дейінгі чирп жылдамдықтары) импульстарды іздейді, бұл Галактиканың кез келген жеріндегі көздерді анықтауға мүмкіндік береді. Жобаның жақтастары Astropulse жарылып жатқан қара тесіктерді анықтайды немесе бұрынғы зерттеулерге қарағанда 104 есе жақсы, 5-тен артық емес максималды деңгейді анықтайды деп сендіреді.
Astropulse searches for both single pulses and regularly repeating pulses. This experiment represents a new strategy for SETI, postulating microsecond timescale pulses as opposed to longer pulses or narrowband signals. They may also discover pulsars and exploding primordial black holes, both of which would emit brief wideband pulses. The primary purpose of the core Astropulse algorithm is coherent de dispersion of the microsecond radio pulses for which Astropulse is searching. Dispersion of a signal occurs as the pulse passes through the interstellar medium (ISM) plasma, because the high frequency radiation goes slightly faster than the lower frequency radiation. Thus, the signal arrives at the radio telescope dispersed depending upon the amount of ISM plasma between the Earth and the source of the pulse. Dedispersion is computationally intensive, thus lending itself to the distributed computing model. Astropulse utilizes the distributed computing power of SETI@home, delegating computational sub tasks to hundreds of thousands of volunteers' computers, to gain advantages in sensitivity and time resolution over previous surveys. Wideband pulses would be "chirped" by passage through the interstellar medium; that is, high frequencies would arrive earlier and lower frequencies would arrive later. Thus, for pulses with wideband frequency content, dispersion hints at a signal's extraterrestrial origin. Astropulse searches for pulses with dispersion measures ranging from 50 to 800 (chirp rates of 7000 to 400 per microsecond), allowing detection of sources almost anywhere within the Milky Way. Project proponents believe that Astropulse will either detect exploding black holes, or establish a maximum rate of 5, a factor of 104 better than any previous survey.
Қиындықтар
Кез келген радиоастрономиялық жоба кедергілерден туындайтын мәселелерге тап болады, және мақсатты сигналдар әлсіз немесе қысқа мерзімді болғанда қиындықтар одан да артады. Әскери радиолокациялық шу, үнемі пайда болатын және белгілі ұзақтығы бар, радиотелескоптан "сүріп өтуге" (немесе "жоюға") болады. Әдебиетте осылай толығымен жою мүмкін емес радар көздерін анықтап, есепке алатын алгоритмдерді жасау үшін түрлі техникалар зерттелді.
Any radio astronomy project confronts issues arising from interference, and the challenges are especially great when the target signals are weak or of transient duration. Military radar noise which is regularly occurring and of known duration can be "blanked" at the radio telescope source. A variety of techniques have been explored in the literature to develop algorithms that detect and account for radar sources that cannot be blanked in this way.
Нәтижелер
Astropulse есептеуді 2008 жылдың шілде айының ортасында бастады. 2009 жылдан бері нәтижелер түрлі мақсаттарда қолданылып келеді. Даму командасы, еріктілердің көмегімен, клиенттің операциялық жүйелердің кең спектрінде тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін жұмыс істеді. Код жергілікті компьютерде есептеу уақытын қысқарту мақсатында жетілдіріліп, оңтайландырылды. Нәтижелер талданды, соның нәтижесінде алгоритмдерді кедергілер немесе кездейсоқ фондық шудан туындайтын қате оң нәтижелерді азайту үшін реттеуге болады. Қазіргі күнге дейін ізделіп отырған сигнал табылған жоқ.
Astropulse started computing in mid July 2008. as of 2009, the results have been used in a variety of ways. Development staff, aided by volunteers, have worked to assure that the client works effectively on a broad array of operating systems. Code has been refined and optimized to reduce calculation time on the local work station. Results have been analyzed so that the algorithms can be adjusted to reduce false positives that may result from interference or from random background noise. To date, a target signal has not yet been found.
Мүмкін болатын импульсті табу
Astropulse-дің бір мақсаты – «Хокинг сәулеленуіне» байланысты буланып кетуі мүмкін шағын қара тесіктерді анықтау. Мұндай шағын қара тесіктер, қазіргі кезде белгілі қара тесіктерден өзгеше, Ұлы Жарылыс кезінде пайда болған деп болжанады. Astropulse жобасы осы буланудың Astropulse-тың анықтай алатын радио толқындарын тудыратынын үміттенеді. Булану радио толқындарын тікелей жаратпайды. Оның орнына, жоғары энергиялы гамма сәулелері мен бөлшектерден құралған, кеңейіп келе жатқан от шарларын жасайды. Бұл от шарлары қоршаған магнит өрісімен әрекеттесіп, оны сыртқа итеріп, радио толқындарын тудырады. Айналмалы радио транзиенттері (RRAT) – 2006 жылы Ұлыбританиядағы Манчестер университетінің Жодрелл Банкі обсерваториясының Маура Маклафлин басқаратын тобы ашқан нейтронды жұлдыздардың бір түрі. RRAT-тардың радиоэмиссия шығаратыны және олардың өткінші табиғатынан туындап, оларды табудың өте қиын екені есептеледі. Алғашқы тыраныстар радиоэмиссияны (кейде RRAT жарқыраулары деп аталады) күніне бір секундтан кем уақытқа анықтауға мүмкіндік берді. Басқа бір жарылыс сигналдары сияқты, оларды жердегі радио кедергілерінен ажырату үшін де ерекше сақтық қажет. Сондықтан таратылған есептеулер мен Astropulse алгоритмі RRAT-тарды одан әрі анықтауға көмектесе алады. Мұрағатталған деректерде галактикадан тыс шығу тегі бар импульстер байқалды. Егер олар анықталса, мұндай оқиғалар күн сайын жүздеген рет орын алуы мүмкін және космологиялық зерттеулер үшін пайдалы болуы мүмкін. Astropulse SETI@home сияқты радио пульсарлық зерттеулер радио аспанын миллисекундтық ұзақтықтағы импульстік жарылыстар үшін бақылаудың сирек мүмкіндіктерінің бірін ұсынады. Байқалған құбылыстың оқшауланған табиғатынан туындап, оның көзі әлі де болжамдық болып қала береді. Мүмкіндіктерге қара тесік пен нейтронды жұлдыздың соқтығысуы, нейтронды жұлдыз бен нейтронды жұлдыздың соқтығысуы, қара тесік пен қара тесіктің соқтығысуы немесе әлі қарастырылмаған құбылыстар кіруі мүмкін. Алайда, 2010 жылы Паркс телескопынан жердегі көздерден шыққан 16 ұқсас импульс туралы жаңа хабарлама пайда болды. SETI@home-тің бұрынғы іздеулері біздің радио станцияларымызға ұқсас тар диапазонды сигналдар түріндегі сыртқы байланысты іздеген. Astropulse жобасы, біз сыртқы өмірдің қалай байланысатынын білмейтіндіктен, бұл тәсілдің аздап шектеулі болуы мүмкін деп санайды. Осылайша, Astropulse зерттеуін физикалық құбылыстарды іздеудің қосымша нәтижесі ретінде тар диапазонды SETI@home зерттеуін толықтыру ретінде қарастыруға болады. Сыртқы кеңістіктен радио жиілікті сәулеленуді алғаш рет Карл Г. Янский (1905–1950) ашқан. Ол Bell Telephone Laboratories-те радиоинженер болып жұмыс істеген және Bell Laboratories үшін нөсердің радио жиілікті кедергілерін зерттеген. Ол «белгісіз шығу тегі бар тұрақты шыбыртқы тәріздес статикалық» табады, ол ақырында сыртқы кеңістіктен келгенін түсінеді. Пульсарлар (айналмалы нейтронды жұлдыздар) және квазарлар (өте алыс галактикалардың тығыз орталық ядролары) екеуі де радиоастрономдармен ашылған. 2003 жылы астрономдар Паркс радиотелескобын қолдана отырып, бір-бірінің айналасында айналатын екі пульсарды ашты, бұл осындай жүйенің алғашқы мысалы болды. Жақында ашқан қуатты радиожарық көзін түсіндіре отырып, NRL астрономы доктор Джозеф Лацио былай деді: «Таң қалдыратыны, аспанда X және гамма сәулелерінде сәуле шығаратын өткінші нысандар көп екені белгілі болса да, радиожарықтарды іздеуге көп күш жұмсалмады, өйткені астрономиялық нысандар оларды шығаруы оңай». Когерентті дисперсиялық алгоритмдерді қолдану және SETI желісімен қамтамасыз етілген есептеу қуаты бұрын ашылмаған құбылыстарды ашуға мүмкіндік беруі мүмкін.
One goal of Astropulse is to detect postulated mini black holes that might be evaporating due to "Hawking radiation". Such mini black holes are postulated to have been created during the Big Bang, unlike currently known black holes. The Astropulse project hopes that this evaporation would produce radio waves that Astropulse can detect. The evaporation wouldn't create radio waves directly. Instead, it would create an expanding fireball of high energy gamma rays and particles. This fireball would interact with the surrounding magnetic field, pushing it out and generating radio waves. Rotating radio transients (RRATs) are a type of neutron stars discovered in 2006 by a team led by Maura McLaughlin from the Jodrell Bank Observatory at the University of Manchester in the UK. RRATs are believed to produce radio emissions which are very difficult to locate, because of their transient nature. Early efforts have been able to detect radio emissions (sometimes called RRAT flashes) for less than one second a day, and, like with other single burst signals, one must take great care to distinguish them from terrestrial radio interference. Distributing computing and the Astropulse algorithm may thus lend itself to further detection of RRATs. Pulses with an apparent extragalactic origin have been observed in archived data. It is suggested that hundreds of similar events could occur every day and, if detected, could serve as cosmological probes. Radio pulsar surveys such as Astropulse SETI@home offer one of the few opportunities to monitor the radio sky for impulsive burst like events with millisecond durations. Because of the isolated nature of the observed phenomenon, the nature of the source remains speculative. Possibilities include a black hole neutron star collision, a neutron star neutron star collision, a black hole black hole collision, or some phenomenon not yet considered. However, in 2010 there was a new report of 16 similar pulses from the Parkes Telescope which were clearly of terrestrial origin. Previous searches by SETI@home have looked for extraterrestrial communications in the form of narrow band signals, analogous to our own radio stations. The Astropulse project argues that since we know nothing about how ET might communicate, this might be a bit closed minded. Thus, the Astropulse survey can be viewed as supplementing the narrow band SETI@home survey as a by product of the search for physical phenomena. RF radiation from outer space was first discovered by Karl G. Jansky (1905–1950), who worked as a radio engineer at the Bell Telephone Laboratories to studying radio frequency interference from thunderstorms for Bell Laboratories. He found " a steady hiss type static of unknown origin", which eventually he concluded had an extraterrestrial origin. Pulsars (rotating neutron stars) and quasars (dense central cores of extremely distant galaxies) were both discovered by radio astronomers. In 2003 astronomers using the Parkes radio telescope discovered two pulsars orbiting each other, the first such system known. Explaining their recent discovery of a powerful bursting radio source, NRL astronomer Dr. Joseph Lazio stated: "Amazingly, even though the sky is known to be full of transient objects emitting at X and gamma ray wavelengths, very little has been done to look for radio bursts, which are often easier for astronomical objects to produce." The use of coherent dedispersion algorithms and the computing power provided by the SETI network may lead to discovery of previously undiscovered phenomena.
Мектептердегі астрономия
Astropulse және оның ескірек әріптесі SETI@home орта мектептегі ғылым мұғалімдеріне оқушыларын астрономия және компьютерлік технология салаларына қатыстырудың нақты мүмкіндігін береді. Көптеген мектептерде ерікті еңбекке негізделген компьютерлік сабақтар жүргізіледі.
Astropulse and its older partner, SETI@home, offer a concrete way for secondary school science teachers to involve their students with astronomy and computing. A number of schools maintain volunteer computing class projects.