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周建锋 清华大学天体物理中心

Virtual Observatory. 在计算机上探索宇宙！. 周建锋 清华大学天体物理中心. 主要内容. 望远镜的发展 天体物理学研究方法 现代天体物理学的挑战 虚拟天文台 集成化天体物理研究平台. 1 —— 望远镜的发展. 1 —— 望远镜的发展. (Stonehenge). 1 —— 望远镜的发展. 古代天体测量仪器. 1 —— 望远镜的发展. 1 —— 望远镜的发展. 简仪 （元 : 郭守敬）. 1 —— 望远镜的发展. 伽利略和他的折射式光学望远镜. 1 —— 望远镜的发展. 牛顿和他的反射式光学望远镜. 1 —— 望远镜的发展.

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周建锋 清华大学天体物理中心

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Presentation Transcript

  1. Virtual Observatory 在计算机上探索宇宙！ 周建锋 清华大学天体物理中心

  2. 主要内容 • 望远镜的发展 • 天体物理学研究方法 • 现代天体物理学的挑战 • 虚拟天文台 • 集成化天体物理研究平台

  3. 1——望远镜的发展

  4. 1——望远镜的发展 (Stonehenge)

  5. 1——望远镜的发展 古代天体测量仪器

  6. 1——望远镜的发展

  7. 1——望远镜的发展 简仪 （元:郭守敬）

  8. 1——望远镜的发展 伽利略和他的折射式光学望远镜

  9. 1——望远镜的发展 牛顿和他的反射式光学望远镜

  10. 1——望远镜的发展 当今主要的光学望远镜， Keck、VLT、HST

  11. 1——望远镜的发展 当今主要的射电望远镜， Effelsberg、Arecibo 、VLA

  12. 1——望远镜的发展 当今主要的X射线望远镜， XMM，Chandra

  13. LAMOST HXMT FAST 1——望远镜的发展 2.16m 兴隆 25m 上海佘山 新疆天山 中国现有和准备 建造的望远镜。

  14. 天文望远镜的功能： 广义地讲：产生观测数据 狭义地讲：望远镜可以记录天体的位置、图像、 亮度、光谱、偏振等信息。 这些数据有些什么用处呢？

  15. Astrophysical Database of the Positions of Planets. He spent his life collecting incredibly accurate astron- omical data without the aid of a telescope. Tycho Brahe (1546-1601) 2——天体物理学研究方法

  16. LAW 1 Astrophysical Database of the Positions of Planets. LAW 2 Kepler (1571 - 1630) LAW 3 Kepler's laws 2——天体物理学研究方法

  17. Newton's Theory of Gravitation Kepler's experimental laws Newton (1642 - 1727) 2——天体物理学研究方法

  18. 2——天体物理学研究方法

  19. Modern Telescopes Astrophysical Database, including online data, journals, even ancient records…. “Brahes” “Keplers” “Newtons” Astrophysical Data Experimental Laws Fundamental Theory 2——天体物理学研究方法 Now, we use the similar research style as Brahe-> Kepler->Newton

  20. 2——天体物理学研究方法 建造新的天文观测设备 观测、研究产生天文数据 利用这些数据研究宇宙

  21. 3——现代天体物理学的挑战 一：数据分裂严重 各个波段的数据放在不同的站点，按照各自的 标准保存，他们的处理软件也相异。使用起来 相当麻烦！

  22. UV Gamma-ray Radio AGN AGN AGN AGN Infrared X-ray Optical 3——现代天体物理学的挑战

  23. 馬 Thus, it is necessary to unify all astrophysical databases! 3——现代天体物理学的挑战 Astrophysicists in different fields are familiar with different databases, use different analysis tools…… Optical data, which is easy for optical astrophysicists, are probably difficult to be mastered by radio astrophysicists.

  24. 3——现代天体物理学的挑战 二：天量的数据 • HST每天约产生5GB数据，一年的数据量为~2TB。 • 现有的各个波段的巡天数据为TB量级。 • 甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry)一次典型的观测产生约160TB的原始数据。这些数据经过与处理后，不得不抛弃，因为没有足够的存储设备。

  25. 3——现代天体物理学的挑战 二：天量的数据 • 下一代大口径综合巡天望远镜（Large-Aperture Synoptic Survey Telescope）的日产数据量更高达10TB • 未来天体物理数据库的大小为PB量级(1PB = 10^15 Bytes)。

  26. 3——现代天体物理学的挑战 三：计算能力严重不足 • 用专用处理机（带5000个DSP芯片，每个芯片的浮点处理能力为10GFlops/sec）处理一次VLBI观测约需20小时。 • 数值模拟的精度还很有限。当今最强大的超级计算机只能模拟512x512x512个点，而且模型还必须做很多简化。 • 对1TB数据作计算复杂度为 N log N 的运算需要2.7x10^14次浮点操作；如果复杂度为 N^2，那么运算量为10^24 Flops（P4的计算能力为~10^9 GFlops/sec）。

  27. 4——虚拟天文台（概念的产生） • 计算机的运行速度、存储能力按照Moore定律呈几何级数增加。 • 数据库、科学计算等软件技术日趋成熟。

  28. 4——虚拟天文台（概念的产生） 机遇和挑战的碰撞便产生了 虚拟天文台(Virtual Observatory)的概念! 简单的说：“虚拟天文台的功能就是协助天体物理学家研究已经被数字化的宇宙！”

  29. 4——虚拟天文台（已有的项目） Virtual Observatory India The Australian Virtual Observatory 北京大学已从“创建世界一流大学计划 （985工程）”经费中拨出了近千万元 的资金用于北京大学天文学系“虚拟天 文台”的建立。中科院也将对天文学系 给予稳定的经费支持，并且将把北京 大学天文学系“虚拟天文台”列入第二 期创新工程计划。 http://vega.bac.pku.edu.cn/~liuxw/PKU_MScPhD.htm 国家天文台也有类似的计划，赵永恒 组获得了30万元的虚拟天文台启动经 费。

  30. 4——虚拟天文台（一个实例SETI@home） Search for Extraterrestrial Intelligence at Home

  31. SETI@home的技术统计 • Users : 3709819 • Total CPU time: 973278.987 years • Floating PointOperations: 1.550690e+21 • Average CPU time 16 hr 54 min 31.4 sec per work unit • Average Speed: 34.05 TeraFlOPs/sec IBM公司为美国国防部建造的当今最快的单台超级计算机拥有8192个CPU。 她的性能为：7.226 TeraFlOPs/sec。

  32. What shall we do?! Construct AIRE! Astrophysical Integrated Research Environment （集成化天体物理研究平台）

  33. 5——集成化天体物理研究平台（AIRE） AIRE的目标是建立： • Data Archive Center • Data Processing Center • Collaboration Research System

  34. PC Cluster SGI1450 Server 5——集成化天体物理研究平台（硬件）

  35. 5——集成化天体物理研究平台（数据中心） • Linux + MySQL + Apache Web Server • Local data manage system • Astrobrowse (developed by HEASARC)

  36. 5——集成化天体物理研究平台（数据中心） • ASCA, ROSAT, RXTE, BATSE... (~600GB) • Chandra, XMM, DSS ... • Data in optical, radio, infrared band

  37. 5——集成化天体物理研究平台（数据处理中心）5——集成化天体物理研究平台（数据处理中心） Normally, an astronomer downloads data and the corresponding software to his personal computer. It will cost a lot of time to maintain his personal data processing system. If both data and processing software are in a central server, things will be simple. AIRE will construct such kind of Data Processing Center.

  38. 5——集成化天体物理研究平台（协作研究系统）5——集成化天体物理研究平台（协作研究系统） • BBS和聊天室 • 虚拟协作平台(CVW) • 协作版本控制系统CVS

  39. CVW

  40. CVW

  41. 协作版本控制系统CVS 5——集成化天体物理研究平台（协作研究系统） • 是非同步协作系统 • 已经被广泛应用于自由软件开发，最成功的例子---LINUX • 可以应用到科研协作中。

  42. AIRE项目进展 • 大部分设计已经完成，正在编制相应的代码。 • AIRE网站将于明年初开通。

  43. 谢谢！

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