Hochleistungsrechnen fördert Weltraumentdeckungen am ALMA-Observatorium

Bis 2031 soll sich der größte außerhalb unseres Sonnensystems entdeckte Komet der Erde nähern. Ein leistungsstarkes Teleskop in der abgelegenen Atacama-Wüste in Chile hat die Größe dieses Himmelskörpers gemessen – er ist ungefähr sieben Mal so lang wie Manhattan.

Mehr über den Megakometen zu erfahren, ist nur einer der beeindruckenden Erfolge des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) Observatoriums. ALMA, eine internationale Zusammenarbeit zwischen der Republik Chile und drei großen wissenschaftlichen Einrichtungen – der Europäischen Organisation für astronomische Forschung in der südlichen Hemisphäre (ESO); die US National Science Foundation (NSF) und Japans National Institutes of Sciences (NINS) – lieferten auch das erste Bild eines Schwarzen Lochs, das 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist.

Komplexe, intensive und schnelle Berechnungen

Spektakuläre Entdeckungen wie diese sind kein Zufall. Die Astronomie erfordert leistungsstarke Instrumente, aber auch ergänzende Technologien, um zu Erkenntnissen zu gelangen. Das Teleskop von ALMA ist 100-mal empfindlicher als das Hubble-Weltraumteleskop, der Vorgänger von NASA-Chef James Webb.

Da die Astronomie eine komplexe Wissenschaft ist, die die Verarbeitung sehr schwacher Signale von Quellen im Weltraum erfordert, ist sie auf intensive Rechenleistung unter der Haube von Dell Technologies angewiesen, sagt Jorge Ibsen, Leiter der ALMA-Abteilung für Computer. Um die Mission des Observatoriums zu erfüllen, die Neugier der Menschheit auf das Universum zu befriedigen, sammelt und kalibriert ALMA Rohdaten und leitet hochwertige Sätze nach Santiago und weiter an wissenschaftliche Gemeinschaften in den Vereinigten Staaten, Deutschland und Japan, damit sie wichtige Fragen zum Ursprung des Universums beantworten können .

Das Observatorium hat einen begrenzten Zeitrahmen – normalerweise 30 Tage – um große Mengen an Informationen zu kuratieren. Daher verlässt es sich auf High-Performance Computing (HPC), um einen Teil der Verarbeitung zu automatisieren, sodass genügend Zeit für eine von Menschen gesteuerte Überwachung nach Bedarf bleibt. „Astronomische Daten sind sehr anspruchsvoll in Bezug auf Datenspeicherung und Rechenleistung [for automating curation]“, sagt Ibsen. „Wir fügen ständig Funktionen hinzu, was wiederum bedeutet, dass wir mehr Datenmengen verarbeiten müssen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, skalierbar zu sein und mit den Rechenanforderungen Schritt zu halten.“

Darüber hinaus stellt ALMA Forschern Archive zur Verfügung. „Das Archiv ist nicht nur deshalb wichtig, weil wir Daten verarbeiten und Informationen daraus extrahieren können, sondern auch, weil es für die nächsten Generationen bestimmt ist“, sagt Jose Parra, Archivleitungs- und Betriebsleiter von ALMA. „Die Daten bleiben für alle, die einen Blick darauf werfen und selbst recherchieren wollen.“ Infolgedessen ist der Speicherbedarf von ALMA immens und wächst jährlich um etwa 400 Terabyte. Das Observatorium ist auf Technologielösungen angewiesen, die große Mengen an leicht skalierbarer Datenspeicherung ermöglichen.

Auch die Zuverlässigkeit der Rechenressourcen ist ein wichtiges Kriterium. Da die Beobachtungen mindestens 11 Monate im Jahr rund um die Uhr laufen, kann sich ALMA keine Ausfallzeiten leisten. „Es gibt einige astronomische Ereignisse, die in naher Zukunft niemals stattfinden werden. Einige von ihnen werden 100 Jahre brauchen, um sich zu wiederholen, daher sind Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Systeme entscheidend”, sagt Parra. Da die Ressourcen von ALMA ständig verfügbar sein müssen, arbeitet das Observatorium auch an einer zentralisierten Datenwissenschaftsplattform, um Erkenntnisse zu liefern, die sich hauptsächlich auf die Fehlervorhersage und die vorbeugende Wartung von Geräten beziehen.

Eine lohnende Mensch-Maschine-Partnerschaft

Geistig anregende und fesselnde Entdeckungen sind es, die die Mission von ALMA jeden Tag aufs Neue entzünden. Diese Durchbrüche geschehen an der Schnittstelle von Mensch und Technologie – der Mensch-Maschine-Partnerschaft. Laut der Breakthrough-Studie von Dell Technologies gaben nur 37 % der mehr als 10.000 befragten Arbeitnehmer weltweit an, dass ihre Arbeit aus geistig anregenden Aufgaben besteht. Weniger als die Hälfte gibt an, dass sie ein klares Ziel oder die Möglichkeit haben, in ihrer Rolle etwas Positives zu bewirken.

Im Gegensatz, Cristobal Achermann, IT-Projektmanager von ALMA, sagt, dass die Arbeit bei ALMA eine reichhaltige und lohnende Erfahrung war. “Der erfüllendste Aspekt meiner Arbeit sind die Menschen und unsere Mission. Es erstaunt mich immer wieder zu sehen, dass Menschen aus verschiedenen Kulturen und Ländern bereit sind, Unterschiede beiseite zu legen und nach Chile zu kommen, um unser gemeinsames großes Ziel zu verfolgen, nämlich die Geheimnisse des Universums zu enthüllen“, sagt Achermann. Ibsen erinnert sich, dass er von dem Bild um ein schwarzes Loch überwältigt war: „Es hat mehrere Jahre gedauert, das Instrument zusammenzubauen, daher war es erstaunlich, bei ALMA den gesamten Aufbau und die Konstruktion dieser neuen Entdeckung mitzuerleben“, sagt er.

Ein weiterer Erfolg in ALMAs Büchern: Das Observatorium hat eine Galaxie mit spiralförmiger Morphologie entdeckt – die älteste, die jemals aufgezeichnet wurde. Die Verfolgung der Wurzeln der Spiralstruktur wird Hinweise auf die Umgebung liefern, in der das Sonnensystem geboren wurde, und möglicherweise das Verständnis der Wissenschaftler für die Entstehungsgeschichte von Galaxien verbessern.

ALMA feiert 2023 sein zehnjähriges Bestehen. „Eine der interessanten Herausforderungen hier ist, immer an der Spitze der Innovation zu stehen“, sagt Ibsen, „wenn es eine neue Technologie gibt, müssen wir sie testen und sehen, wie sich das entwickelt in unser Setup passen, damit wir die Möglichkeiten des Observatoriums weiter ausbauen können.”

Parra erwartet, dass sich das Observatorium zusammen mit der Verfügbarkeit neuer Technologien weiterentwickeln und weiterentwickeln wird. ALMAs Entwicklungsprogramm: Fahrplan bis 2030 fordert die Verdopplung der Winkelauflösung, Empfindlichkeit und Bandbreite. „Mit Dell Technologies als Partner können wir diese neuen Möglichkeiten erkunden und unseren Prozess noch weiter verbessern“, sagt Parra. Und mit diesen neuen und verbesserten Prozessen werden neue Grenzen in der Weltraumforschung erschlossen, an denen sich Generationen von Astronomen erfreuen werden.

Führendes Foto von iStock über Getty Images

Author: admin

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