Das Vera-Rubin-Teleskop wird laut Astronomen eine unglaubliche Datenmenge erzeugen

Wenn das Vera-C.-Rubin-Observatorium im Jahr 2025 in Betrieb geht, wird es eines der leistungsstärksten Werkzeuge für Astronomen sein und mit seinem 8,4-Meter-Spiegel und der 3,2-Gigapixel-Kamera jede Nacht große Teile des Himmels einfangen. Jedes Bild wird innerhalb von 60 Sekunden analysiert und macht Astronomen auf vorübergehende Ereignisse wie Supernovae aufmerksam. Jedes Jahr werden unglaubliche 5 Petabyte (5.000 Terabyte) an neuen Rohbildern aufgezeichnet und den Astronomen zur Untersuchung zur Verfügung gestellt.

Es überrascht nicht, dass Astronomen es kaum erwarten können, die hochauflösenden Daten in die Hände zu bekommen. Ein neues Papier beschreibt, wie die riesigen Datenmengen verarbeitet, organisiert und verbreitet werden. Der gesamte Prozess wird im Laufe der geplanten zehnjährigen Untersuchung mehrere Einrichtungen auf drei Kontinenten erfordern.

Das Rubin-Observatorium ist ein bodengestütztes Teleskop hoch in den chilenischen Anden. Das 8,4 Meter große Simonyi-Durchmusterungsteleskop des Observatoriums wird die Digitalkamera mit der höchsten Auflösung der Welt verwenden, die auch über das größte Fischaugenobjektiv der Welt verfügt. Die Kamera hat etwa die Größe eines Kleinwagens und wiegt knapp 2.800 kg. Dieses Durchmusterungsteleskop ist schnell und wird in der Lage sein, alle vier Nächte den gesamten sichtbaren Himmel der südlichen Hemisphäre zu scannen.

„Die automatisierte Erkennung und Klassifizierung von Himmelsobjekten wird durch hochentwickelte Algorithmen auf hochauflösenden Bildern durchgeführt, um nach und nach einen astronomischen Katalog zu erstellen, der schließlich aus 20 Milliarden Galaxien und 17 Milliarden Sternen und den damit verbundenen physikalischen Eigenschaften besteht“, schreiben Fabio Hernandez, George Beckett, Peter Clark und mehrere andere Astronomen in ihrem Vordruckpapier gepostet arXiv.

Das Hauptprojekt des Rubin-Observatoriums ist der Legacy Survey of Space and Time (LSST). Forscher gehen davon aus, dass dieses Projekt Daten zu mehr als 5 Millionen Asteroidengürtelobjekten, 300.000 Jupitertrojanern, 100.000 erdnahen Objekten und mehr als 40.000 Kuipergürtelobjekten sammeln wird Objekte. Da Rubin alle paar Tage den sichtbaren Nachthimmel kartieren kann, werden viele dieser Objekte hunderte Male beobachtet.

Aufgrund der wiederholten Beobachtungen des Teleskops wird die enorme Datenmenge dabei helfen, die Positionen und Umlaufbahnen all dieser Objekte zu berechnen.

Bilder und Daten werden sofort vom Teleskop zur Basiseinrichtung und zum chilenischen Datenzugriffszentrum in La Serena, Chile, übertragen und dann über spezielle Hochgeschwindigkeitsnetzwerke, die die Standorte verbinden, zu den drei Rubin-Dateneinrichtungen weitergeleitet: der französischen Dateneinrichtung CC-IN2P3 in Lyon, Frankreich, die UK Data Facility, das IRIS-Netzwerk, im Vereinigten Königreich und die US Data Facility and Data Access Center am SLAC National Accelerator Laboratory in Kalifornien, USA. Außerdem gibt es einen Hauptsitz bei der Association of Universities for Research in Astronomy ( AURA) in Tucson, Arizona, USA

Sobald die Bilder aufgenommen sind, werden sie nach drei verschiedenen Zeitskalen verarbeitet: zeitnah, täglich und jährlich. In der Arbeit von Hernandez et al. wird dargelegt, wie Rohbilder, die in jeder Beobachtungsnacht gesammelt werden, schnell (innerhalb von 60 Sekunden) verarbeitet werden und Objekte, deren Helligkeit oder Position sich geändert hat, Warnungen zur „Transientenerkennung“ generieren und aussenden.

Für diesen Prozess, der als „Prompt Processing“ bekannt ist, gibt es keinen proprietären Zeitraum, der mit Warnungen verbunden ist, und sie werden der Öffentlichkeit sofort zugänglich sein, da das Ziel darin besteht, nahezu alles über ein bestimmtes Ereignis schnell zu übermitteln, um eine schnelle Klassifizierung und Entscheidungsfindung zu ermöglichen. Wissenschaftler schätzen, dass Prompt Processing jede Nacht Millionen von Warnmeldungen generieren könnte.

Tägliche Produkte, die innerhalb von 24 Stunden nach der Beobachtung veröffentlicht werden, enthalten die Bilder dieser Nacht. Bei den jährlichen Kampagnen wird der gesamte seit Beginn der Umfrage erfasste Bilddatensatz erneut verarbeitet.

Für jede Datenveröffentlichung werden neben wissenschaftlich nutzbaren Bildern, die mit aktualisierten wissenschaftlichen Algorithmen verarbeitet wurden, auch Roh- und Kalibrierungsbilder vorliegen. Außerdem wird es Kataloge mit den Eigenschaften aller erfassten astrophysikalischen Objekte geben.

„Das Volumen der veröffentlichten Datenprodukte, die durch die jährliche Verarbeitung des akkumulierten Satzes von Rohbildern generiert werden, beträgt im Durchschnitt das 2,3-fache der Größe des Eingabedatensatzes für dieses Jahr und wird bis zum Ende der Umfrage schätzungsweise mehr als einhundert Petabyte erreichen.“ “ schrieben die Astronomen. Sie sagten auch, dass die Menge der für wissenschaftliche Analysen freigegebenen Daten im Laufe der zehnjährigen Umfrage voraussichtlich um eine Größenordnung zunehmen werde.

Das Rubin-Observatorium wird verschiedene Arten von Datenprodukten und -diensten zur Archivierung und Verbreitung der Daten an die verschiedenen wissenschaftlichen Kooperationen nutzen. In dem Papier heißt es, dass die Rubin LSST „Science Pipelines“ aus etwa 80 verschiedenen Arten von Aufgaben bestehen, die alle auf einer gemeinsamen algorithmischen Codebasis und spezialisierter Software implementiert sind. Es gibt eine Funktion namens Data Butler, bei der es sich um das Softwaresystem handelt, das die Datenzugriffsdetails (einschließlich Datenspeicherort, Datenformat und Zugriffsprotokolle) abstrahiert.

Jedes Jahr wird eine Datenveröffentlichung erstellt und wissenschaftlichen Kooperationen zur Verwendung in Studien in vier Hauptpfeilern der Wissenschaft zur Verfügung gestellt: Erforschung dunkler Materie und dunkler Energie, Bestandsaufnahme von Objekten im Sonnensystem, Erforschung des transienten optischen Himmels und Kartierung der Milchstraße.

Mit dieser jährlichen Veröffentlichung können alle bisher aufgenommenen Vermessungsbilder erneut verarbeitet, kombiniert und automatisch vermessen werden, um ein immer tieferes Bild des gesamten Südhimmels und einen wachsenden Katalog astronomischer Objekte zu erhalten, der erfasst, wie sich jedes einzelne Objekt im Laufe der Zeit verändert hat. Diese jährliche Datenverarbeitung wird in den drei Dateneinrichtungen durchgeführt, wobei der endgültige Datensatz am SLAC zusammengestellt und Astronomen und Physikern über die Rubin Science Platform zur Verfügung gestellt wird.

Derzeit wird erwartet, dass die Daten des Rubin-Observatoriums nach zwei Jahren vollständig veröffentlicht werden. Die Frage, wie auf die öffentlichen Daten zugegriffen werden kann und wie dieser Zugriff finanziert werden könnte, ist noch in Arbeit.