《電子技術(shù)應(yīng)用》
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氦氣與黑洞圖像有什么聯(lián)系?

2019-04-23
關(guān)鍵詞: 氦氣 黑洞

  上周三面世的第一張黑洞照片對人類來說是歷史性的時刻。幾十年來,黑洞的概念引得無數(shù)科學家和科幻愛好者著迷,因其與我們?nèi)绾卫斫饪臻g和時間的本質(zhì)有關(guān)。這張黑洞表面的正面成像,這個光都無法逃脫的強大重力場,驗證了存在100年以上、對我們宇宙的形成具有深遠的意義的廣義相對論的概念。

  除此之外,你可能沒注意到——

  在這個故事背后,還有很多細節(jié)令人驚嘆:

  這是一次對 “不可見”的成像捕捉;

  這是一個對遠在5500萬光年之外星系的探索; 這是一個大小是地球的三百萬倍黑洞[1]; 這個黑洞的質(zhì)量,是地球上太陽的65億倍[2]。 然而,您可能忽略的一個細節(jié)是,構(gòu)成此圖像的數(shù)據(jù)是在2017年被捕捉到的[3]。

  The Register在上周五提到,為了采集這張圖像的數(shù)據(jù),科學家們需要在位于世界各地的望遠鏡陣列上協(xié)同合作。這一任務(wù),需要盡可能準確地理解黑洞的物理特性,需要創(chuàng)建一種新的算法來渲染黑洞的視覺表現(xiàn),并需要設(shè)計出能夠最好支持這個獨特任務(wù)的硬件。

  2015年,Event Horizon Telescope(簡稱EHT)項目表示,他們將使用我們的(當時為HGST品牌)Ultrastar? HelioSeal?硬盤(HDD)來存儲所采集的這一超大質(zhì)量黑洞的成像數(shù)據(jù)。這

  是世界上第一個,也是當時唯一的氦氣密封硬盤硬盤。

  使用氦氣密封硬盤是EHT確保數(shù)據(jù)能夠進行遠程采集的唯一途徑,特別是在高海拔的天文臺上——所有其他存儲設(shè)備由于惡劣的環(huán)境條件都難免發(fā)生物理故障。[4]

  超越空氣的環(huán)境

  在高海拔地區(qū),空氣稀薄將是非常致命的(想想所有在珠穆朗瑪峰上喪失生命的人)——這里的“致命”不僅僅是對人類而言,也是對硬盤而言。硬盤內(nèi)部的讀/寫磁頭實際上是在我們稱之為“空氣軸承”的磁盤表面上飛行。如果沒有足夠的空氣,磁頭就會撞到磁盤上。

  氦是可觀測宇宙中第二輕和第二豐富的元素,密度只有空氣的1/7,因此用氦氣填充硬盤并加以密封以后,就會帶來無盡優(yōu)勢,而不僅僅是能夠在高海拔地區(qū)運行。

  例如,由于湍流比空氣更少,磁頭在氦氣密封的硬盤中讀取和寫入數(shù)據(jù)時就可以更精確地運行,這樣,我們就可以將更多數(shù)據(jù)軌道壓縮到磁盤上。由于環(huán)境更薄,我們還可以使用更薄的磁盤,從而在單個硬盤中添加更多磁盤并提高密度,于是就能夠提供更高級別的容量。

  這項技術(shù)為硬盤設(shè)計帶來了巨大的創(chuàng)新。目前,我們已經(jīng)開始使用第五代氦氣密封硬盤,其能夠為最高容量的硬盤提供動力。所有這些創(chuàng)新都能夠幫助EHT項目所需的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。

  特大質(zhì)量的黑洞需要海量的數(shù)據(jù) 在為期五天的項目中,EHT項目收集了大約4.5 PB的數(shù)據(jù),這個數(shù)據(jù)令人吃驚。[5]這些數(shù)據(jù)需

  要在多個地理地點進行采集,有時需要在惡劣環(huán)境(如高海拔地區(qū))中收集,并以64千兆位/秒的速率進行記錄。如果通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸這些數(shù)據(jù),將需要一個多月的時間!因此,該項目需要設(shè)計一種能夠提供極高容量的解決方案,而且可以進行物理運輸,并在極端條件下提供可靠運行的高帶寬。

  指導(dǎo)了EHT項目的哈佛-史密森尼天體物理學中心、麻省理工學院教授Shep Doeleman在2015年表示:“使用氦氣密封硬盤是確保在距離較遠地點采集到數(shù)據(jù)的唯一辦法。例如,我們在墨西哥的高海拔天文臺,在那里所有其他的存儲設(shè)備都會失效。此外,每個硬盤的高容量確保了我們能夠構(gòu)建總體上更密集、更少量的機箱?!?/p>

  氦氣密封技術(shù)成為實現(xiàn)這一成就的重要組成部分。

  黑洞圖像算法的計算機科學家們正在熱烈慶祝這張照片被瘋狂轉(zhuǎn)載,而我們,很高興看到這些硬盤出現(xiàn)在了照片中!

  用數(shù)據(jù)解決世界上最大的挑戰(zhàn)

  數(shù)據(jù)是一種不可或缺的東西,它能夠讓人類更好地了解自己和周圍的世界,去發(fā)現(xiàn)隱藏的模式,揭示新的洞察,做出新的發(fā)現(xiàn),治愈多種疾病,更好地保護地球。我們很自豪能夠創(chuàng)新、設(shè)計和構(gòu)建了這樣的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施,使世界得以解決其最大的挑戰(zhàn)。而能在這次舉世矚目的成就之中貢獻一臂之力,則愈發(fā)提醒了我們保持謙卑、砥礪奮進。


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