Самые большие данные
Сегодня астронома проще представить за монитором, чем под куполом обсерватории: в 2015 году международный астрономический союз открыл новую комиссию по вычислительной астрофизике. Но это не делает астрономию менее романтичной, ведь в ее распоряжении — петабайты данных о Вселенной и передовые достижения человечества: камеры со сверхчувствительными матрицами, суперкомпьютеры и искусственный интеллект.
Экзопланеты
Экзопланеты практически невозможно увидеть невооруженным глазом, поэтому их изучают косвенно. Например, транзитным методом: если звезда становится более тусклой, это означает, что перед ней проходит планета. И наоборот, резкий всплеск яркости звезды может означать, что гравитация экзопланеты действует как линза и увеличивает звезду на луче зрения — это явление называют гравитационным микролинзированием. Сегодня известно более 5000 планет за пределами Солнечной системы.
Машинное обучение позволяет обрабатывать большие объемы данных, полученных, например, с телескопа Kepler/K2, и эффективно выявлять такие провалы и всплески в яркости звезд. Искуственный интеллект поможет в поиске обитаемых планет — для этого потребуются данные обсерваторий нового поколения, таких как телескоп «Нэнси Грейс Роман» и космический телескоп «Джеймс Уэбб». С помощью ИИ ученые будут искать воду и лед на каменистых экзопланетах. Наконец, искуственный интеллект может находить планеты, которые только формируются вокруг молодых звезд.
Темная материя и темная энергия
Вселенная более чем на 95 % состоит из темной материи и темной энергии. Первая не дает развалиться галактикам и скоплениям галактик, а вторая, наоборот, отвечает за расширение Вселенной. Но их пока никто не смог пронаблюдать — ведь темная материя не участвует в электромагнитном взаимодействии, а природа темной энергии и вовсе не ясна ученым.
Эти загадочные явления планируют изучать с помощью телескопа «Евклид», запущенного летом 2023 года. За шесть лет он передаст ученым 30 петабайт данных — это как семь миллионов фильмов в хорошем качестве. Его основной инструмент — гигантская цифровая камера для широкоугольных снимков неба, собранная из 36 CCD-чипов*, которые образуют матрицу размером 610 мегапикселей.
* CCD-чип (charge-coupled device, или прибор с зарядовой связью, ПЗС) — сенсор цифровой камеры, позволяющий получить максимальное качество съемки.
«Евклид» будет фотографировать далекие галактики. Если между ними и Землей есть сгустки темной материи, то форма галактик на снимках будет искажена, как будто бы свет прошел через несколько гравитационных линз. Ученые будут сравнивать эти снимки с истинной формой галактик и строить карты расположения сгустков темной материи. А действие темной энергии на объекты предстоит изучать так: ученые будут наносить на карту галактики и их скопления, определять расстояние между ними и сравнивать с расчетным.
Солнечная погода
Космическая обсерватория солнечной динамики SDO, запущенная в 2010 году, ежедневно собирает 1,5 терабайта данных о солнечной погоде. Каждые 12 секунд она делает снимки Солнца в семи различных диапазонах электромагнитных волн, чтобы отследить изменения в его атмосфере. Компьютерные алгоритмы помогают сортировать эти данные и определять солнечные вспышки.