谢晓尧:FAST天文大数据给贵州带来了哪些机遇
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【网易智能讯 3月29日消息】昨日下午,“触摸科学大咖 遇见未来科技”未来杯 AI 挑战赛启动仪式暨未来科技主题讲座在贵阳举行。会上,贵州师范大学副校长谢晓尧发表演讲。

谢晓尧介绍了FAST建设的前后过程,成为目前世界上最大口径的射电天文望远镜。关于FAST建成一年多来的成就,谢晓尧称,到目前为止,FAST调试的早期科学研究初见成效,已经探测到54个优质脉冲星,11颗已经被认证的脉冲星,其中首次发布2颗星FAST发现的脉冲星,一个是2017年2月22日发现的,一个是25日就在南天云道面,靠漂移扫描发现的。

正因为FAST的建设,带来了大量的数据。谢晓尧称,FAST未来的数据量将会达到1ZB,1ZB是10的21次方。这是对贵州发展大数据产业一个非常好的机遇,但也是挑战。(小羿)

以下为谢晓尧演讲实录:

谢晓尧:大家下午好!

我们进入了大数据的时代,我们拥抱大数据,实际上这些数据来了以后你要有新的发现,你要遇见未来,离不开计算。所以我今天给大家讲的题目就是“拥抱贵州FAST天文大数据时代”。正好FAST早期科学数据中心建在我们实验室,我就想这个题目的话把FAST做一个介绍,把最近的工作也给大家做一个介绍,同时谈一下天文大数据落户贵州以后给贵州带来的机遇和挑战。

这是最早22年以前FAST提出这个思想的时候,当时的一个模拟图。大家可以看一下。

全世界最早的时候是英国人建的75米直径口径的射电天文望远镜,然后就是德国人建的100米的射电天文望远镜,最后到美国人建的305米口径的射电天文望远镜,到今天我们在2016年正式建成的500口径的射电望远镜。大家可以看一下,最上面的那个就是76米,下面这个是100米,这个是305米,这是我们500的世界上最有名的射电天文望远镜,大概就是这么一个系列。

大家可以看一下,这是美国的阿雷西博射电望远镜,305米。它的这个结构和位置很像我们建在贵州平塘的射电天文望远镜,也是一个天坑下面建出来的。射电天文望远镜,一般来说。这是在七十年代建在欧洲的射电天文望远镜群,这是建在美国的射电天文望远镜群,这也是建在美国的射电天文望远镜群,每一个的口径大概是30米、50米、60米,大概形成了一个射电天文望远镜群,联网起来观察太空。这是建在智利的射电天文望远镜群。我们现在就提出一个问题,当时22年以前,是不是国际上提出要建很多个300米口径的大的射电天文望远镜,当时的南仁东教授提出一个思想,我们能不能建一个500米口径的射电天文望远镜。大家可以看一下,500米口径的射电天文望远镜,一共有4200快两米板组成,每一块板都有一台计算机控制,都可以转变方向。我们把500米口径通过调节4200块反射板可以形成300米抛物面的不同转向,是不是就是多个天文望远镜的正面呢。这是南仁东教授当时提出来的,经过22年这个梦想终于成真,建成了世界上最大的射电天文望远镜。

射电天文望远镜直径是500米,一共有30个足球场那么大。在座可能很多同学说30个足球场到底多大?那天在FAST现场,我和国家天文台的连台长就计算,我们用球面的容积率来计算,这么计算下来,我们得到它的容积率÷一半,我们算下来,用毫升来计算,正好可以装314亿瓶茅台,因为茅台是我们的国酒,这是什么概念?就是全世界70亿人口每一个人可以分到10瓶茅台,是500毫升装的,一共314亿瓶。从FAST现场回来以后,我和茅台酒厂的党委书记陈明讲,我给你找到全世界最大的天文望远镜和最好的白酒联姻的办法,他说很好。结果我们两个又发挥,茅台酒厂每年生产的茅台酒是4万吨。请问4万吨是多少瓶?8000万瓶。茅台要拿这个锅装的酒,灌进这个锅里面的话,茅台酒厂要生产400年才能把这个锅装满。所以最近茅台酒就涨价了。

为什么要把FAST建在贵州呢?大家可以看一下,这是2005年最后确定要建FAST的位子的卫星遥感图。就在这一块上面,大家可以看一下。这就是当时在动工以前,2008年FAST工程开工建设就是在这块大窝凼,在这块里面正好宽度是600米。你们说要建在这个地方就没有什么,就没有土石方的问题,我们做一个锅放上来就可以了。当时这个地方大概有几十亩土地,有十几户人家,刚才的卫星云图上它有三个条件,第一就是有一个天坑。当时云南、贵州、四川,包括本省很多县都在争这个地方,要把这个锅落在我们这个地方,肯定要有很多条件,第一个条件就是要有自然的天坑。第二个条件,我们要远离人群干扰的地方。贵州深山老林很多,周围都没有人家户,就这几户人家搬迁费也很少。你说要在北京做这个,搬迁费多贵。第三个条件,大家肯定就会想到经常会下暴雨,所以一定是喀斯特地貌,下来以后水会很快渗下去。三个条件,国家终于决定把国家重大科学基础工程设施放在贵州,就这三个条件。

这是2011年6月,从认证到建成22年,但真正动工是2011年6月份开始。时间关系,我快一点。

这些钎梁,我亲自去走过,我大概在台上走了40分钟,绕一圈。

这是2016年开始安装反射板时的情况。今天可能还有外省的来,因为现在干扰太大,所以不能到现场了,都是在顶上修了一个观景台,来参观的人很多,不能到现场,都只能在观景台看一下。这是安装FAST的馈源舱。下暴雨的时候,泄洪洞这么大,可以通汽车。这是我在全景扫描时扫的一张图片,馈源舱正在调试,形成不同的抛物面,正在调试。大家可以看一下,确实,真的要装314亿瓶茅台。我拍的一张现场正在调试的照片。

FAST工程已经全部完成4450块反射面的铺装,每一块反射面都有一个操纵杆可以操纵它改变幅度。目前已经调试正式馈源舱,两个数据处理节点已经形成,一个就在FAST现场,我们叫它大窝凼,还有一个就在贵州师范大学。FAST望远镜的工程于2016年9月25日竣工落成,建设时间五年半。这是竣工那天我自己照的照片。这是现场启动。那天有一个启动仪式,念完习主席贺信以后,刘延东副总理,科学院院长,发改委的主任,还有原贵州省委书记陈敏尔,还有边上的首席科学家南仁东教授,当时他也在现场。这是当时和我们一起愉快的合影,当时有很多外国专家,其中这位就是约瑟夫·泰勒,是天文方面获得诺贝尔奖的人,他也经常到我们实验室。

我总结一下,FAST是国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一,能够放在贵州,真的是一个非常大的荣耀。贵州现在很多形象都是少数民族,我们除了有少数民族以外,我们还有高科技的东西。我觉得也是蛮自豪的。

同时,我们已排在阿波罗登月之前,我们的综合性能提高了大约十倍。这是我们自主创新的由我国科学家独创的设计和贵州南部喀斯特洼地的独特地理条件建起来的。这是目前世界上最大口径的射电天文望远镜,我们可以在未来二十到三十年保持世界一流的地位。现在压力非常大。习主席要求国家要尽快出成就,所以我们作为辅助国家天文台,现在计算的压力非常非常大。

当然,FAST主要的科学目标有脉冲星的搜索,有主道国际测量网,积极微波形式,还有地外文明的搜寻问题。

刚才,克里斯托弗讲了宇宙这么大,你们说有没有外星人?我的观点是肯定有。但最好是能够在我们贵州发现就最好了。

还有,我们也参加国家植物链工程,这个项目里会有这些考虑。

在座的很多同学都想去看,22年以后,现在干扰也非常大,所以在FAST现场半径五公里周围全部对于电磁干扰信号实行全封闭,所以你进去时要把手机收下来,要和家里暂时失联。我给大家举一个例,这是FAST2016年首次测试时,是在12月6日,2016年1月26日21:55:35测的,使用中心仪器扫描观测,时速大概是150秒,测试到了线状星云的连续图谱,但是后面干扰太大,这就是基站的干扰,干扰非常大。最近平塘县有一个公安系统的带人进去,当时也没注意,放他到现场,结果那一天的数据全部都干扰完了。因为我们从外太空截出来的信号太弱,我们的接受频率就是70兆到3G,70兆就是开车时的调频收音机,3G就是手机。干扰太大以后,你给全世界宣布找到外星人了,结果一看是你的干扰,那不行。

2016年1月25日22:13:49测到的1.4G中性轻谱线。

FAST到目前为止已经取得了首批成绩,FAST调试的早期科学研究初见成效,已经探测到54个优质脉冲星,11颗已经被认证的脉冲星,其中首次发布2颗星FAST发现的脉冲星,一个是2017年2月22日发现的,一个是25日就在南天云道面,靠漂移扫描发现的。这是我们国家射电望远镜首次发现的脉冲星。大家可以看一下。

这个声音就来自于离地球1.6万亿光年,我乘了一下每一光年是9.46万亿公里×16000年,你们想离地球有多远。你们刚才听到的这个声音就是来自于这么遥远地方的声音。这是发现的第一颗脉冲星,已经给全世界做了宣布。

这一颗,请注意,刚才的那颗大家可以看一下,那一颗是1.83秒的周期,这个更短,只有0.5秒,大家可以看一下。很短!所以它距离地球大概是4100光年,也就是说距离地球有9.46万亿公里×4100,有这么远。

最近,我们实验室协助国家天文台已经发现和独立找到的54个优质脉冲星里面,我昨天特别把这一颗拿出来,大家可以看一下,它的周期只有5个毫秒。刚才我们那个是0.59秒,就是590毫秒,这个只有5毫秒。更短,速度更快。

大家再看,这个是高色散的脉冲星,也可能是新发现的脉冲星,既然是高色散,它离地球更远。这些都要通过国际来最后认证并做发布。

目前,规划建设,绿色是现在已经建了的FAST数据中心,一个是现场数据中心,还有一个是建在我们学校的国家天文台联合FAST早期数据中心。以后在贵阳,在贵州大学,在新成立的贵州射电天文台还有贵州大数据中心,包括北京大学、北京师范大学、科学院都会建相应的分中心,因为数据量太大,大家都可以用这些数据。

这是我们2014年我们学校和国家天文台签署协议,共建FAST早期科学数据中心的历史记载。我们抓得很紧,因为要服务国家的大科学计划。这是我们调试的情况,搭建的情况。

最后,大家可能还会想,这么多数据怎么过来?肯定要有专门的光纤。大家可以看看,FAST最后是建在贵州的南面,离广西非常近。从贵阳到广西,在平塘这个位置。还是有一点危险,搞不好当年就建在广西了,还好就建在贵州。

这是目前在省内的传输线路,大家可以看看,专门有一条光缆拉到贵州师范大学,同时也拉到贵安电信云计算中心。目前都是采用波峰伏用技术,每天传输到我们学校。

我们从师大到发射现场光纤的连接状况。

这是近期的要求。从远期来讲,国家也有一个要求,可能要进入国家网格里面,要进入国家级超级计算中心考虑。今天有来自与全国各地的人,将来你们省都可以来共享这些数据。

这是建在我们学校的发射早期数据中心。刚才谈到的人工智能,我们用机器学习算法建立的天文大数据计算和后悬体的人工智能的识别。目前我们已经做到了行天加速计算,已经把计算速度提高了一千倍。这么大的数据量,每年都过来,不及时计算就是数据垃圾。我们现在很自豪,已经把计算速度提高了一千倍。

目前,我们已经得到了FAST认可,认为我们的计算筛选识别的效率,通过计算已经提高到了一百到一千倍,在天文界达到了国际领先水平。

天文大数据的挑战与贵州的机遇。

刚才讲的都是一个波速,今年上半年FAST通过调节每一块反射板,最后抛物面的不同形成几十个不同的300米口径的射电天文望远镜,相当于现在共有19个波速,数据量不像现在讲的一个波速的数据量。现在19个波速接收的数据38G/秒,每年要接收96P,经过处理,每年我们大概要成熟10-15P。1P是10的15次方,按这样的数据,我们要达到200万亿次/秒。FAST未来的数据量将会达到1ZB,1ZB是10的21次方。这是对贵州发展大数据产业一个非常好的机遇,但也是挑战。

同时,这么大的数据量传到现场,所以我们现在基本上规划马上要实施的就是FAST现场到贵阳的光纤传输量,现在暂定的是400G。

FAST海量大数据带给贵州的挑战和新机遇,就是在海量行天数据带来前所未有的技术和人才的挑战。主要包括行天数据的采集、传输、存储、分析等方面。这么大的数据,我们数据中心海量数据需要专列的数据中心进行存储和计算,海量数据需要大量的数据人才进行分析和处理。贵州可以先行先试取得突破。在座不管是贵州的学子还是省外的,希望你们投身到大数据的计算领域来,这方面人才是越来越需要。另外,本身贵州就在发展大数据产业,所以天文科学将是展示贵州文化旅游形象的尊贵名片,有助于帮助我省科研大数据方面取得突破和树立典型,有助于帮助我国科学家通过计算中心的资源获得诺贝尔奖级的发现,我们也希望我们国家的科学家能拿到诺贝尔科学奖。也有助于贵州培养和吸引聚集大数据处理和分析方面的科研型和应用型人才。

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