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云计算,能回答地球最终流浪到哪里吗?

简介: 云作为前沿科技的集大成者,除了可以提供便利的计算、存储基础设施之外,还可以提供丰富的数据智能能力,通过已知的数据来挖掘未知的深层信息。例如通过阿里云的大数据计算平台MaxCompute可以帮助科学家进行海量数据的处理,通过机器学习PAI可以轻松调用各种算法模型,来确定天体类型,甚至分析温度、空气成分等信息。

本文转自 思想聚焦 公号
原文发布时间 2019.4.17

一直以来,人类都在向宇宙追问自己的最终归宿。今年来,这一追寻之路更是高潮迭起。

先是《流浪地球》爆火,人类对地球爱得如此深沉,即使宇宙要毁灭,也要带着地球逃亡。

紧接着,嫦娥四号着陆月球背面,传回了世界上第一张近距离拍摄的月背影像图。

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上周人类又迎来了一个历史性时刻——首张“黑洞”照片面世,全世界都在为此奔走相告。

不少网友纷纷表示这意味着“黑洞”要成为物理的必考题,还有脑洞更大的网友已经开始幻想电影《星际穿越》中穿越神秘时空隧道的场景。

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《星际穿越》电影中,飞船穿过黑洞

之所以能够引起全球的沸腾,因为每次太空探索的进步都被认为是“人类向前迈了一大步”。

其实,人类对太空的探索最早可以追溯到新石器时期,当时的人们已经开始对太阳、月亮、星星、云彩进行描绘图画。

随着文明的进步,日月星辰的变化开始成为婚丧嫁娶、破土动工、行军打仗等重大事件的重要依据,甚至与帝王的降生、国家的祸福联系在一起。

例如,在中国古代,天文台是国家权力的象征,一般都会设立专门的“司天监”、“太史令”、“钦天监”等职务来负责天象的观测,如果是吉象,就意味着民间肯定是风调雨顺、五谷丰登。

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古代天文学:肉眼观测,经验分析

那时候,没有天文望远镜、卫星等精密的高科技仪器设备,但他们进行天文观测的依据远不止日升日落,天圆地方也不是老祖宗对太空仅有的了解。

实际上,古代中国在天文学上已经很超前了。

早在2000年前就发明了最古老的天文仪器——圭表,它可以根据太阳照射的影子方向和长度读出时间,堪称人类史上最早的时钟。

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公元前2世纪的西汉时期就更先进了,中国的天文学家制造可绕轴转动的刻画有星宿、赤道、黄道、恒隐圈、恒显圈等的圆球——浑象,用来演示天体运动,相当于现在的天球仪。

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后来,科学家又制造出天文测量天体的仪器——“浑仪”,用来确定天体的位置。

再后来,东汉时代的张衡根据这两大仪器制作出了“浑天仪”,被称为世界上第一架能准确观测天象的仪器,虽然精读不比当下,但在当时的环境下已经很不错了。

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老祖宗们总结出的这套方法论,为天体运行的记录提供了有力的保障,在中国的古代文献中,太阳黑子、超新星、日食月食、彗星、陨石、流星等现象都有记载,其中很多数据和现代科学采用的结果也基本吻合。

例如,南北朝时期祖冲之计算的月球绕地球转一圈时间,与现在只差3秒;元代郭守敬测定的地球公转一周时间为365.2425天,与实际时间比只差26秒。

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现代天文学:云上数据分析,向宇宙深处进击


然而,毕竟离地球最近的月亮都有38.4万千米,凭借古代的肉眼观测和经验分析的方式,探索到的也只不过是外太空的皮毛而已。

1543年,哥白尼发表的《天体运行论》开启了现代天文学的历史,此后,现代望远镜等天文仪器相继问世,有关各种天体的真容才逐渐浮出水面。

1900年,法国传教士在上海西郊建立了佘山天文台,是中国最早的现代天文台,之后的几十年里,全球各地的天文台如雨后春笋般拔地而起,亿级别像素的望远镜成标配,观测光年之外的星系也不在话下。

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航天技术的发展更是把人类对外太空的认知带到了未知地带,1957年第一颗人造卫星上天,1961年第一个人类进入太空,1969年第一艘载人飞船成功登月……

数据源源不断地涌入,科学家们每天都在和数据赛跑。例如,哈勃太空望远镜自1990年开始运行,已经完成了130多万次观测,每周传输大约20 GB的原始数据,要知道最初用作信息存储的磁带,一卷只可以存储几MB的数据(如今达到TB级),这其中的困难可想而知。

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(科学家用磁带记录数据)

科学家们也为此操碎了心,于是在后来用更大容量的硬盘替代了磁盘,并且改用超算中心来处理海量数据。

这一阶段被认为是离线数据分析时代:存放数据的硬盘一个个拷贝到数据中心,然后才能进行数据分析。这次黑洞项目中就是如此,几千TB数据存放在硬盘里,再通过飞机运输到数据中心。

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(麻省理工学院毕业生Katie Bouman站在部分存放黑洞数据的硬盘旁边)

但是,许多天文现象(例如伽马射线暴,持续时间不到1分钟)稍纵即逝,离线处理的速度显然跟不上。

直到2010年后,云计算进入了大众视野,科学家开始把存放在硬盘里的数据变“活”了——在云上进行实时的大数据存储和分析。

一时间,云计算与天文的跨界合作也成为潮流。

2017年1月22日,国家天文台与阿里云展开合作,将数据实时存储到云端,然后用大数据和人工智能在云上进行分析。目前,中国虚拟天文台主节点已成功迁移到阿里云,包括郭守敬望远镜(LAMOST)在内,涉及10亿个天体数据,都已通过这个虚拟天文台向全球开放。

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2018年阿里云还为中国“天眼”FAST提供端到端的计算、存储、大数据分析解决方案。耶鲁天文学家也同阿里云工程师一起,研究39.13光年外的一个恒星系统,也许能发现适宜生命居住的“第二星球”。

2018年9月,智利宣布计划将该国的望远镜数据,汇集存储到云端的虚拟天文台中。

此外,世界最庞大的天文设备SKA也可能会用云计算来完成数据的存储和分析。

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世界最大综合孔径射电望远镜SKA




那么云计算究竟给天文研究带来了什么价值呢?

中国地震局地质研究所科学家王伟涛博士曾做了这样一个对比:原本需要一年计算中国数千个地震台两两之间的五年数据,在云上48小时之内就计算完成。

当然云的价值不仅仅如此,云作为前沿科技的集大成者,除了可以提供便利的计算、存储基础设施之外,还可以提供丰富的数据智能能力,通过已知的数据来挖掘未知的深层信息。

例如通过阿里云的大数据计算平台MaxCompute可以帮助科学家进行海量数据的处理,通过机器学习PAI可以轻松调用各种算法模型,来确定天体类型,甚至分析温度、空气成分等信息。正如《星际穿越》中人工智能TARS一样,拥有对外界环境超强的认知能力。

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《星际穿越》中主角库珀与人工智能TARS

如果脑洞再大一点的话,未来云计算其实可以将全世界的计算机连成一台计算机,那“地球去哪儿的问题”也不是什么棘手的事:先通过复杂精密的大数据分析,精准算出地球流浪的路径,通过实时预测各种可能突发的情况来改变发动机的推力,让地球在宇宙中自动驾驶……


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