哈佛學(xué)生寫(xiě)的Python模塊，進(jìn)入Github飆升榜TOP 3，超過(guò)1000星

哈佛學(xué)生寫(xiě)的Python模塊，用于模擬和操作VLBI數(shù)據(jù)并使用正則化最大似然法生成圖像，模擬黑洞成像的算法。進(jìn)入Github飆升榜TOP3，超過(guò)1000星。

為了拍到本次的黑洞照片，科學(xué)家總共使用了8臺(tái)亞毫米射電望遠(yuǎn)鏡，構(gòu)建成超級(jí)“虛擬”望遠(yuǎn)鏡——事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT），分別在南極、智利、墨西哥、美國(guó)夏威夷、美國(guó)亞利桑那州、西班牙同時(shí)對(duì)黑洞展開(kāi)觀(guān)測(cè)。

8臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組成的EHT口徑13000公里，約等于地球直徑。而EHT能夠?qū)崿F(xiàn)，則要?dú)w功于甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉測(cè)量VLBI（Very-long-baselineinterferometry）。

VLBI是什么

VLBI是一種在電波天文學(xué)中使用的天文干涉測(cè)量方法。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是使用多個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡，同時(shí)觀(guān)測(cè)一個(gè)天然的射電天體或有無(wú)線(xiàn)電信標(biāo)的人造天體，從而得以模擬出一個(gè)巨形望遠(yuǎn)鏡獲得的觀(guān)測(cè)效果。

接下來(lái)，各觀(guān)測(cè)站將觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送或記錄在磁盤(pán)上運(yùn)送到VLBI數(shù)據(jù)處理中心，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)回放和互相關(guān)計(jì)算；再利用得到的互相關(guān)譜數(shù)據(jù)，計(jì)算得到信號(hào)到達(dá)各觀(guān)測(cè)站的時(shí)間差(時(shí)延觀(guān)測(cè)值)及其變化率(時(shí)延率觀(guān)測(cè)值)；最后利用這些VLBI觀(guān)測(cè)值計(jì)算目標(biāo)的角位置(赤經(jīng)和赤緯)。

VLBI的測(cè)量精度可以達(dá)到百分之幾角秒、千分之幾角秒甚至更高。對(duì)于人造天體，如人造地球衛(wèi)星、繞月衛(wèi)星和深空探測(cè)器等的VLBI測(cè)軌，則利用VLBI觀(guān)測(cè)值，綜合測(cè)距、測(cè)速數(shù)據(jù)，進(jìn)行精確的軌道測(cè)定。

VLBI在天體物理方面主要應(yīng)用于類(lèi)星體、射電星系核、星際脈澤源等致密射電源毫角秒級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)研究和精確定位等。在天體和大地測(cè)量中，它在建立天球參考系、測(cè)定地球自轉(zhuǎn)全部參數(shù)和地面參考系的基準(zhǔn)點(diǎn)等方面具有不可取代的作用。

我國(guó)在VLBI領(lǐng)域有哪些成果

根據(jù)中科院報(bào)道，以我國(guó)學(xué)者為首，在國(guó)際合作中用VLBI測(cè)量銀河系中心黑洞的邊界和銀河系精細(xì)結(jié)構(gòu)的工作，近年來(lái)取得重大進(jìn)展，贏得國(guó)際同行矚目；在天球和地面參考系建立方面，上海和烏魯木齊VLBI站多年以來(lái)是亞洲大陸的基準(zhǔn)站之一。

中科院VLBI天文測(cè)量系統(tǒng)由上海(25米天線(xiàn))、北京(50米天線(xiàn))、昆明(40米天線(xiàn))、烏魯木齊(25米天線(xiàn))四個(gè)VLBI觀(guān)測(cè)站和上海VLBI數(shù)據(jù)處理中心組成。

中科院上海天文臺(tái)自上世紀(jì)90年代起，也開(kāi)始了VLBI應(yīng)用于深空探測(cè)的研究，參加了多次國(guó)際合作的深空探測(cè)，如歐空局的惠更斯探測(cè)器與卡西尼宇宙飛船分離后飛向土衛(wèi)六過(guò)程的VLBI測(cè)量。

用Python模擬和操作VLBI數(shù)據(jù)

聽(tīng)起來(lái)好像里我們非常遙遠(yuǎn)。不過(guò)，感謝Github，我們普通人也有機(jī)會(huì)接觸VLBI。

哈佛大學(xué)物理系EHT理論和計(jì)算天體物理學(xué)研究生、博士生候選人AndrewChael，在Github上創(chuàng)建了ehtim(eht-imaging)項(xiàng)目。

Andrew目前在BlackHoleInitiative工作，主要研究領(lǐng)域是使用新的尖端方法來(lái)模擬和成像EHT的黑洞目標(biāo)人馬座A*(SgrA*，后面的星號(hào)讀作“star”或“星”）和室女A星系（也稱(chēng)為梅西爾87、M87或NGC4486）。

ehtim主要通過(guò)一些Python模塊來(lái)模擬和操作VLBI數(shù)據(jù)，并使用正則化最大似然法生成圖像。包含幾個(gè)用于加載、模擬和操作VLBI數(shù)據(jù)的主類(lèi)。

主要的類(lèi)有Image、Array、Obsdata、Imager和Caltable，提供了加載圖像和數(shù)據(jù)的工具，并從真實(shí)的uv軌道生成模擬數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)、檢查和繪制數(shù)據(jù)，以及從各種數(shù)據(jù)集生成圖像，使用各種數(shù)據(jù)術(shù)語(yǔ)和正則化器進(jìn)行極化。

安裝過(guò)程非常簡(jiǎn)單，首先clone該項(xiàng)目

git clonehttps://github.com/achael/eht-imaging.git

然后進(jìn)入項(xiàng)目根目錄，運(yùn)行

pip install .

此時(shí)應(yīng)該會(huì)自動(dòng)安裝大多數(shù)所需的庫(kù)，例如astropy，ephem，future，h5py，html，networkx，numpy，pandas，matplotlib，requests，scipy，skimage。

如需使用快速傅里葉變換，必須單獨(dú)安裝NFFT及其pynnft包裝器。最簡(jiǎn)單的方法是使用conda來(lái)安裝：

conda install -c conda-forge pynfft

或者，首先按照NFFT說(shuō)明安裝NFFT，**這里一定要確保在編譯時(shí)使用**：

--enable-openmp

然后再用pip安裝pynfft，按照README的教程將安裝鏈接到NFFT的位置；最后，重新安裝ehtim。pynfft的安裝地址：

https://github.com/ghisvail/pyNFFT

注意事項(xiàng)

用于讀寫(xiě).oifits文件的oifits_new代碼是PaulBoley的軟件包的略微修改版本，該功能目前仍在開(kāi)發(fā)中，可能無(wú)法與所有版本的python或astropy一起使用。

oifits項(xiàng)目地址：

http://astro.ins.urfu.ru/pages/~pboley/oifits

同時(shí)這個(gè)項(xiàng)目版本較舊，如有任何問(wèn)題請(qǐng)郵件聯(lián)系：

achael@cfa.harvard.edu