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港人參與攝黑洞 由石圍角圖書館 走向5500萬光年

【明報專訊】站在巨人的肩膀上,目光會看遠一點。80後荃灣「屋邨小子」陳志均站在愛因斯坦的肩膀上,讓世人看見5500萬年前的黑洞模樣。

念小三時初次從老師口中聽到愛因斯坦,還有其著名的E = mc2方程式,一顆物理學種子播在陳志均身上。荃灣石圍角圖書館的自然科學書,他全看過了,就走到荃灣圖書館去找科學書,那時累積的點滴知識,成就後來研究廣義相對論的大志。

如今望遠鏡可廣收黑洞數據,容量達5000TB,從前的「屋邨小子」如今已是天文學家,帶領10多名科學家屢敗屢試,推倒重來10多次,終去蕪存菁,將數據濃縮成500萬分之一的「精華」,讓另一組科學家運算黑洞照片。歷時兩年,他率先看到黑洞的真面目,「我們用愛因斯坦的方程式和物理知識預測黑洞模樣,竟然與自然世界的黑洞相符,很神奇」。

文:朱韻斐 羅嘉凝

小三聞E = mc2 愛上自然科學

全球200名天體物理學家2012年組成「事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,EHT)」國際合作計劃,於2017年4月一連10天觀測M87星系黑洞,經過兩年分析,讓全球人類首次看見黑洞真面目。

計劃的軟件及數據小組召集人、亞利桑那大學天文學家陳志均昨接受本報視像電話訪問時說,2002年攻讀物理博士開始研究黑洞,主力研究黑洞周邊吸積盤的運動,2013年起再以超級電腦運算不同黑洞的模擬圖像(simulation),基本上不同種類的黑洞,陳志均都計算過,有關模擬更成為EHT計劃的參考資料。

南極網速慢 夏天人手運硬碟

手機拍攝一秒成像,拍攝黑洞卻以年計。陳志均解釋,EHT不是「影張相」般簡單,而是要記錄黑洞散射出無線電波震盪的形狀,再作整理。其中一組望遠鏡位處南極,當地網路速度比國際太空站的網絡更慢,不可能透過網絡傳送觀測數據,但觀察期4月正值南極冬天,飛機無法航行,需半年後入夏才能將數據硬碟運出南極。

存數據硬碟共重半噸

2017年夏季起,陳志均加入EHT,製作分析數據軟件和引入雲端運算技術,整理全球8組射電望遠鏡觀察所得約5000TB數據。他指單是儲這些數據的硬碟已重半噸,且8組射電望遠鏡的數據格式各不同,「非常混亂,完全不同樣貌,很多時做完所有運算才發現有問題,要從頭來過」,團隊利用一種超級電腦處理5000TB數據,清除當中雜訊過濾成1TB,單是這個步驟就反覆做了7次。其後團隊再利用雲端電腦將1TB數據校準(fringe fitting),這又反覆做了9次才濃縮成1GB「精華數據」,交給圖片成像小組處理。

「怎樣運算圖片也可以是危險的,例如只有一個人做照片成像,製作時看到自己想看的影像就停下來,就不知道結果是否正確。」EHT計劃為此將數據分給全球4隊運算小組各自運算出影像,結果於去年夏天分別上載至程式檢查相似度,確認4組結果高度相似,團隊才確信已製作出M87星系黑洞圖片。

回憶初見人類史上首張黑洞照片,陳志均冷靜地說「興奮和神奇」,「我們用愛因斯坦的方程式和已知的物理知識預測黑洞模樣,竟然與自然世界的黑洞相符,很神奇」。

保密兼趕工 兩年「慘不忍睹」

團隊希望黑洞照面世時可非常精準,過去大半年持續修正圖片運算方法,其間200多個科學家都要保密,「連我部門內的同事都不知我們已完成黑洞照片」。在這段「不為人知」的日子中,他形容情况「慘不忍睹」,要為不同團隊隨時候命,其他團隊有需要協助,他就不眠不休趕工。

過去兩年,為了EHT,他的黑洞圖像模擬工作也停滯,只能抽電腦運算期間的空檔做研究。上周三,黑洞照片發布後,全世界為之着迷,陳志均仍不眠不休持續整理數據,待日後發布。

下個目標 銀河系中心黑洞

EHT計劃未來繼續研究黑洞四周磁場的特性、吸積盤的運動、黑洞噴流形成原因等。最吸引陳志均的是地球所處的銀河系中心的黑洞,該黑洞吸積盤內圈旋轉速度極高,17分鐘就可轉一圈,這速度在宇宙少見。

陳志均早已預測出這個黑洞的模擬圖,但由於該處雜訊多,難為它拍照,未來目標就是改良成像技術,攝下其模樣,讓另一個黑洞展現。

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