Astronomen stehen in ihrem Fach schon bald vor einer seltenen Herausforderung: Sie müssen eine überwältigende Flut an Beobachtungsdaten bewältigen. Diese Datenexplosion geht auf ein revolutionäres digitales Teleskop zurück, das etwa alle 40 Sekunden einen neuen Abschnitt des Nachthimmels aufnimmt und pro Nacht rund 1.000 Bilder erzeugt.
Es trägt den Namen Vera C. Rubin Observatory, zu Ehren einer US-amerikanischen Astronomin, die dazu beitrug, die Existenz der Dunklen Materie nachzuweisen. Das Teleskop wurde gemeinsam von der US National Science Foundation und dem US Department of Energy finanziert. Es steht auf dem Berg Cerro Pachón in den chilenischen Anden.
Ein Teleskop für Daten
Das Rubin-Observatorium ist durch die Menge der von ihm gesammelten Daten einzigartig. Der 28 Fuß breite Spiegel des Teleskops ist zwar nicht besonders beeindruckend, doch es verfügt über die weltweit größte Digitalkamera, die pro Bild 3,2 Milliarden Pixel erzeugt. Das entspricht etwa 6,4 Milliarden Byte an Daten, die bei jeder Aufnahme erfasst werden.
Noch bemerkenswerter ist, dass das Teleskop zehn Jahre lang jeden Tag Daten sammeln und dabei unglaubliche 60 Millionen Milliarden Byte an Bilddaten erzeugen wird.
Von der Speicherung zur weltweiten Verteilung
Die Verarbeitung dieser Informationsmenge stellt mehrere Herausforderungen dar.
Die erste ist die Speicherung. Um dieses Problem zu lösen, hat das Rubin-Observatorium ein hochmodernes Rechenzentrum errichtet, das im Fall von Netzausfällen bis zu einen Monat lang Bilder speichern kann. Ein 60 Meilen langes Glasfaserkabel verbindet das Observatorium mit La Serena in Chile, wobei die Leitung gelegentlich beschädigt wird.
Von dort werden die Daten zur weiterführenden Analyse an das SLAC National Accelerator Laboratory, ein Forschungszentrum des US Department of Energy in Menlo Park, Kalifornien, übertragen. Dabei kommt Software zum Einsatz, die Kopien desselben Bildes vergleicht, die in drei aufeinanderfolgenden Nächten aufgenommen wurden, um Veränderungen zu erkennen.
Wie KI Astronomen bei der Orientierung am Himmel hilft
Die Software des Rubin-Observatoriums erkennt pro Bild etwa 10.000 Veränderungen, was zu fast 10 Millionen Warnmeldungen pro Nacht führt. Damit diese Daten nutzbar werden, arbeitet das Observatorium mit neun externen Organisationen zusammen, die als Datenbroker bezeichnet werden. Diese Systeme sortieren und klassifizieren Veränderungen, sodass Astronomen mit unterschiedlichen Fachgebieten auf die für ihre Arbeit relevantesten Beobachtungen zugreifen können.
„Es ist besser, diese Daten an eine globale Gemeinschaft von Wissenschaftlern mit vielen unterschiedlichen Fähigkeiten und Fachkenntnissen zu schicken, damit sie ihr Wissen einbringen“, sagte Leanne Guy, die Wissenschaftlerin für Datenmanagement des Observatoriums, gegenüber der New York Times.
Datenbroker nutzen mehrere Methoden, um die Daten des Teleskops zu sortieren. Eine davon sind klassische Methoden des maschinellen Lernens, die Ereignisse anhand zuvor festgelegter Kriterien kategorisieren. Eine andere nutzt neuronale Netze und andere moderne Deep-Learning-Methoden, die ihre eigenen Kriterien entwickeln, um verschiedene Phänomene zu identifizieren.
Eine neue Art der Astronomie
Das Rubin-Observatorium markiert den Beginn einer neuen Ära der kosmischen Forschung. Astronomen benötigen für ihre Forschung nur noch Hochgeschwindigkeitsnetze, Cloud Computing und KI-Algorithmen – jederzeit und überall.
„Wir erzeugen jede Menge Daten für alle“, sagte William O’Mullane, der stellvertretende Direktor des Observatoriums für Datenmanagement, laut der New York Times. „Die Vorstellung, zum Teleskop zu kommen und selbst eine Beobachtung zu machen, existiert also nicht, richtig? Ihre Beobachtung wurde bereits gemacht. Sie müssen sie nur finden.“
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