Jak zpracovat petabajty dat: Vědecké sítě příští generace - 3

Vědecké experimenty, které budou spuštěny v následujících letech, vyprodukují obrovská množství nových dat. Jejich skladování, distribuce i zpracování si vyžádá zcela nové přístupy. Proto vzniká nová počítačová síť jménem GriPhyN. V roce 1990 vznikl v Evropských laboratořích částicové fyziky (CERN) v Ženevě systém world wide web. I nyní je toto pracoviště zapojeno v projektu, který by měl posunout možnosti počítačového zpracování dat o pořádný kus cesty dopředu.

Jak zpracovat petabajty dat: Vědecké sítě příští generace


SSDI - Sloan Digital Sky Survey
Jedná se o jednu z nejambicióznějších astronomických map oblohy všech dob. Cílem projektu je detailní zmapování jedné čtvrtiny oblohy, určení pozic a absolutních jasností více než 100 miliónů astronomických objektů a změření vzdáleností více než miliónu galaxií a kvasarů. Určení vzdáleností blízkých galaxií umožní sestavit třírozměrný obraz vesmíru v objemu tisíckrát větším než bylo dosud uskutečněno. Naopak zjištění vzdáleností kvasarů, tedy nejvzdálenějších známých objektů ve vesmíru, poskytne nevídaný pohled na rozložení hmoty až na samé hranici pozorovatelného vesmíru.
Pozorování probíhá na Apache Point Observatory, která se nachází v Sacramento Mountains (Nové Mexiko). Observatoř je položená ve výšce 2 788 metrů, což společně s odlehlou polohou poskytuje tmavé noci bez světelného znečištění a smogu. Pojmenování dostala podle nadace, která ji z velké části financuje. Dalekohled pro přehlídku má průměr hlavního zrcadla 2,5 metru a je vybaven elektronickým detektorem, který převádí záření kosmických objektů do digitální podoby. Dalekohled rovněž obsahuje dvojici spektrografů, které slouží k zjištění složení a vzdálenosti sledovaných objektů. Fotometrický dalekohled o průměru 0,5 metru slouží k monitorování podstatných změn v atmosféře během pozorování, aby bylo posléze možné měření získaná hlavním dalekohledem kalibrovat. Kamera hlavního dalekohledu se skládá ze 30 "fotometrických" CCD čipů s matricí 2048 x 2048 obrazových bodů, uspořádaných v poli 5 x 6 a z dalších 24 čipů o rozměrech 2048 x 400, které slouží pro astrometrii (měření poloh) a kontrole zaostření.
Projekt byl zahájen v roce 1999 a v konečném výsledku se předpokládá zmapování téměř 8 500 čtverečních stupňů hvězdné oblohy. Na začátku letošního roku byl zhruba v jedné polovině, podařilo se zmapovat 52 % plánové plochy a pořídit spektra 38 % objektů. Ve srovnání s ostatními experimenty zahrnujícími projekt GriPhyN je SDSS sice "nejmenší", ale jeho obrovský význam spočívá v tom, že už dodává výsledky a vyvíjené nástroje virtuální datové sítě na nich mohou být testovány.
Projekt už i dnes, tedy v době, kdy ještě nevyužívá výpočetního gridu, přináší velmi zajímavé výsledky. Nedávno byl například oznámen objev tří extrémně vzdálených kvasarů, které jsou od nás vzdáleny kolem 13 miliard světelných roků. Pozorujeme je tedy v době, kdy byl vesmír starý "pouhých" 800 miliónů let.

LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory
Cílem projektu LIGO je detekce kosmických gravitačních vln. Skládá se ze dvou vzdálených observatoří umístěných ve Spojených státech. Jedna z nich je v Hanfordu (stát Washington), druhá v Livingston (Luisiana).
Každá observatoř je tvořena interferometrem s ramenem o délce 4 km, který pomocí laserové paprsku měří změny ve vzdálenostech testovacích hmot. Změny jsou řádu 10^-16 centimetru. Znamená to, že testovací hmoty musejí být izolovány od jakéhokoliv rušení. Pro vyhodnocování získaných dat to znamená hledání extrémně slabého signálu ve srovnání se zdroji zašumění. Další výzvou je velmi nízká frekvence detekovaných jevů. Odhaduje se, že LIGO zachytí méně než jeden projev gravitačních vln za rok.
Existenci gravitačních vln předpověděl v obecné teorii relativity Albert Einstein už v roce 1916, ale dosud nebyla k dispozici technika, která by je byla schopna detekovat. Gravitační vlny jsou vlny ve struktuře prostoročasu, vznikající při mohutných jevech ve vzdáleném vesmíru. Příkladem takových jevů jsou srážky černých děr či exploze supernov.

LHC - Large Hadron Collider
Doslova explozi nových dat bude znamenat zprovoznění urychlovače nové generace v CERNu. Množství získaných dat bude ohromující a bude se pohybovat v řádu petabytů (10^15 bytů) ročně. Vědci budou postaveni před úkol nalézt velmi vzácné události vznikající při rozpadu nových těžkých částic. Předpokládá se, že experimenty na LHC dodají během deseti let provozu řádově 100 PB dat.
Urychlovač LHC by měl být zprovozněn v roce 2007. Jeho úkolem je proniknout mnohem hlouběji do struktury hmoty, než bylo možné doposud. Prostředkem k tomu bude urychlení paprsků protonů a jejich srážky s energií 14 TeV. Pro srovnání - s energií 1 TeV (teraelektronvolt) se pohybuje letící komár, v urychlovači se ovšem s takovou energií "pracuje" v prostoru biliónkrát menším než je rozměr našeho komára.
Dosažení obrovských energií (a tedy rychlostí) je umožněno extrémně silným magnetickým polem, které protony urychluje. Takové magnetické pole je možno vytvořit využitím jevu supravodivosti. Ovšem v tak velkém měřítku jako u LHC supravodivosti ještě použito nebylo. Protože k supravodivosti dochází při velmi nízkých teplotách, bude LHC pracovat téměř při teplotě absolutní nuly. Částice budou urychlovány v prstenci o obvodu 27 km, který bude postaven v blízkosti Ženevy na úpatí pohoří Jura. Ke kolizím částic bude v urychlovači docházet 800miliónkrát každou sekundu.








Komentáře