Конференция "Data&Science:космос" в Яндексе

Добрый день, друзья.

С легким опозданием и большим удовольствием хочу поделиться с вами своими впечатлениями и наблюдениями, полученными на конференции, которую два месяца назад провел Яндекс, "Data & Science: космос". "Data & Science" - это серия конференций, проводимых Яндексом, цель которой показать, как используется анализ данных в науке.
Надо сказать, что на тот момент, это была первая конференция Яндекса, которую мне удалось посетить. И я была очень приятно удивлена. Конференцию приурочили к выходу нового фильма из киносаги "Звездные войны" - «Изгой-один. Звёздные войны: Истории», о чем нам сообщил не только ведущий конференции, но и атмосфера вокруг: футуристическое освещение и столики, туман, стелющийся под ногами, маски штурмовиков на девушках на ресепшене и баннер в стиле Звездных войн.

Как нас встречали

Мне атмосфера на фуршете больше даже напомнила чем-то "Star Trek: The Original Series". (=

Фуршет

И так, вернемся к самой конференции. Было заявлено три доклада:

• Прорывы и тупики в изучении Вселенной
Борис Штерн(ИЯИ РАН, ФИАН);
• Астрономия в эпоху больших обзоров неба
Сергей Копосов(University of Cambridge);
• Российская космическая обсерватория «Радиоастрон»: что и как увидел во Вселенной «самый зоркий глаз»?
Юрий Ковалёв(ФИАН).

1. Первый доклад был более вводным. Здесь не было много информации о применении больших данных в астрофизике и космологии, но он подготовил аудиторию к тому, чтобы вообще говорить о космосе.

Борис Штерн(ИЯИ РАН, ФИАН)
Борис Штерн довольно доступно рассказал о современных теориях астрофизики и физики, а также о явлениях, которые удалось зарегистрировать, и важных открытиях. Хотя в целом доклад скорее обозначал те вопросы, которые предстоит решить ученым в будущем. Он поделился с нами рецептом приготовления вселенной(доступен любой домохозяйке), рассказал о черных дырах, гравитационных волнах, блазарах, квазарах, экзопланетах и методах их поиска. Самая интересная часть доклада для меня, пожалуй, экзопланеты. Но в целом, т.к. доклад - обзор на современное состояние астрофизики, космологии и т.д., нет смысла заострять на нем внимание и пересказывать его. Вы можете посмотреть его по ссылке.
2. Следующий доклад рассказывал нам о развитии больших обзоров неба. А также лектор немного поделился своим опытом, вкратце рассказал, как анализируют снимки и объекты на них, какие методы и модели применяют.

Сергей Копосов(University of Cambridge)
Первым делом он рассказал о нескольких значимых для развития этой области обзорах неба, создание которых стало возможно при появлении цифровых технологий съемки:
• Одном из первых полных обзоров неба 2MASS(в инфракрасном диапазоне);
• Слоановском цифровом обзоре(SDSS), который картографировал около 35% небесной сферы. Наблюдения проводились в пяти цветовых диапазонах. Были зарегистрированы и измерены более миллиарда источников(для каждого источника были измерены примерно 500 атрибутов!!! Яркость, положение, морфологические свойства и т.д.). В результате было получено 40 терабайт сырых данных! Один из самых успешных проектов в астрономии;
• Обзор LSST, который строится в Чили. Диаметр зеркала телескопа - 8 метров! Поле зрение его настолько большое, что имеет возможность за 2 ночи полностью отснять небо! Ожидается, что проект сможет отснять около 7 триллионов объектов, а сырые данные займут 0,5 эксабайта!
Какой же путь проходят сырые данные, чтобы стать каталогом?
• Первым делом, нужно детектировать источники света. Отделить их от локального фона и шума помогает знание статистики по распределению фотонов фона атмосферы;
• Многие объекты на небесной сфере сливаются, находятся близко друг другу. Как понять, где отдельные объекты? Эту задачу решает деблендинг. Для этого применяются кластерные алгоритмы, а потом выстраивается иерархия объектов на фото;
• Следующая проблема, с которой сталкиваются при составлении каталогов - необходимо понимать, чем является объект, галактикой или звездой. Особенно это актуально для слабых объектов. Один из подходов - применение моделей. Описываются модели распределения фотонов для различных типов звезд и галактик. И, грубо говоря, вычисляется какая модель лучше описывает объект на фото. Также на этом этапе используются нейронные сети и машинное обучение;
• Далее необходимо измерить яркость объектов с минимальной ошибкой. Для звезд используется модель яркость - Point Spread Function. Для галактик задача намного сложнее. Применяется много различных методов: Shapelets, Principal Components Analysis и методы, основанные на разложении Фурье;

Shapelets
• Также необходимо отличать, где на фотографии артефакт. Это могут быть блики на линзе, искусственные спутники, облака, засветка от ярких звезд. Надо сказать, что со всем этим я очень часто встречалась на своем опыте, во время участия в проекте "Find an Asteriod Campaign", в котором я уже участвовала 4 или 5 раз. Кстати, каждый может попробовать подать заявку на участие.

Артефакт, найденный во время участия в Find an Asteroid Campaign

Артефакт, найденный во время участия в Find an Asteroid Campaign
В итоге, когда каталог составлен, он дает поле для очень широкой деятельности ученым. Задачи, которые можно решать на основе каталогов:
• Поиск необычных объектов;
• Изучение групп объектов;
• Построение статистических моделей, например Млечного пути, модель распределения галактик, материи, космология.
Например, одна из задач, которой занимаются на базе астрономических каталогов - поиск карликовых галактик. Также одна из интересных задач - анализ распределения материи(в том числе темной материи) с помощью метода, основанного на эффекте слабого линзирования(этим занимается обзор Dark Energy Survey).
3. Следующий лектор рассказал о достижениях, результатах и планах проекта Радиоастрон. Не могу не отметить, что его было приятно слушать, благодаря его чувству юмора.

Юрий Ковалёв(ФИАН)
Радиоастрон - это космический проект по проведению фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра с помощью радиоинтерферометра со сверхдлинной базой. Один из элементов интерферометра - орбитальная астрофизическая обсерватория "Спектр-Р". С Радиоастроном работает более 30 наземных телескопов мира. Угловое разрешение телескопа - отношение длины волны наблюдения к диаметру зеркала, угловое разрешение интерферометра же - отношение длины волны наблюдения к расстоянию между радиотелескопами интерферометра. Таким образом, было достигнуто самое высокое среди всей радиоастрономии угловое разрешение. Также проект может похвастаться тем, что наземно-космический интерферометр может копить данные без потерь около трех минут.

Спектр-Р
Проект примечателен еще и тем, что позиционируется как проект открытого доступа, любой может подать заявку на наблюдательное время. Одна из задач, которую решает проект - мониторинг движения материков. И здесь, конечно, не обошлось без шутки, что Крым, оказывается, движется в сторону Москвы.

Схема движения материков
Также Радиоастрон занимается обслуживанием Глонасс/GPS, для точного определения длительности суток. В ходе проекта выяснили, что ядра квазаров оказались намного более яркими(в 10-100 раз), чем предполагалось раньше. В итоге сейчас переосмысляется механизм формирования джетов. Кроме того, угловое разрешение интерферометра позволило изучить структуру релятивистской струи.

Плазменные нестабильности в джете
До запуска проекта, считали, что пульсары в рамках проекта увидеть не удастся. Потому что пульсары рассеиваются в межзвездной среде, а наземно-космический интерферометр с его чувствительностью может изучать только компактные объекты. Однако оказалось, что любые пульсары можно наблюдать. Так был открыт интереснейший эффект - субструктура пятна рассеяния. На фоне размытого пятна от источника излучения, которое Радиоастрон фактически не видит, а наблюдает только «пятнышки», которые являются интерференцией излучения от множества изображений пульсара, прошедшей через множество турбулентных сгустков("линз") в межзвездной среде. Этот эффект позволил с хорошей точностью восстановить параметры межзвездной среды. Кроме того дает возможность восстановить истинное изображение объекта, испорченного межзвездным туманом.

Смоделированные изображения одиночного источника, показывающие эффекты рефракционной субструктуры на длинах волн 18, 6 и 1.3 см
А это уже дает потенциал попробовать пронаблюдать тень черной дыры, восстановив изображение центра Галактики, испорченное облаками, которыми он от нас скрыт. В планах команды - запустить проект "Миллиметрон", с помощью которого можно будет наблюдать тень черной дыры, если не получится в рамках эксперимента на Радиоастроне.

Миллиметрон

Если резюмировать, конференция мне очень понравилась. Очень интересные доклады, которые были логично выстроены для слушателя. Все это очень вдохновляет!
А самое удивительное - все это бесплатно, необходимо только зарегистрироваться. Люблю Москву за это.
Ссылка на материалы конференции
Ссылка на календарь событий Яндекса

P.S. Я впервые пишу подобные статьи, если что-то было не так, обязательно сообщите;)