GPU 如何将宇宙聚焦到世界最大的望远镜中

作者 英伟达中国

25 年前发射进入轨道的哈勃太空望远镜改变了我们对宇宙的认知。

欧洲极大望远镜(简称 E-ELT)捕获图像的清晰度将比哈勃定期发往地球的炫目镜头高 15 倍,这要部分归功于 GPU。

几乎相当于半个足球场的长度,旋转结构上 100 米高的穹顶重达 2,800 吨,E-ELT“在大小上堪比埃及的金字塔”,今年早些时候在 NVIDIA 的 GPU 技术大会上,巴黎狄德罗大学 (Universite Paris Diderot) 和 LESIA、巴黎天文台 (Observatoire de Paris) 的副教授 Damien Gratadour 这样说。

E-ELT 有望 2024 年于智利阿塔卡马沙漠的阿玛索内斯山顶竣工。其直径 40 米(131 英尺)的望远镜将使哈勃望远镜相形见绌,后者直径为 2.4 米(7.9 英尺)。对于使用地面望远镜的天文学家来说,最大的困难之一是要透过大气湍流进行观察。

我们的大气由不同温度的空气在永恒运动中混合而成,每种气体具有各自的折射率。这会使天文学家所称的“波阵面”(来自星球的现场光)变形,从而降低图像品质以及望远镜的灵敏度。

因此,无论望远镜多大,图像解析度将受到大气的限制。完全透明和静稳的天空是不可能存在的,天文学家因而寻找方法来进行补偿。这正是 GPU 的用武之地。

GPU  将帮助 E-ELT 透过大气湍流进行观察,让天文学家看到前所未见的宇宙。 GPU 将帮助 E-ELT 透过大气湍流进行观察,让天文学家看到前所未见的宇宙。

最大的“眼睛”

Gratadour 是 GPU 部署团队中的一员,他们以史无前例的规模执行接近实时的“多目标自适应光学”模拟。该技术可提高图像品质,并对波阵面形状的变化进行补偿。

该团队的目标是研发称为 MOSAIC 的大型仪器来装备 E-ELT,并为天文学家观察宇宙安上有史以来建造的最大“眼睛”。

当波阵面源自星球或星系、穿过大气并且变形时,MOSAIC 将利用自适应光学“重塑”波阵面。在一个计算高度密集的过程中,天文学家将测量湍流量并使用层析重建器来适应望远镜中变形镜的形状,以便对效果进行补偿。

最近,通过一个包含四个 NVIDIA Tesla K20c GPU 的系统模拟了 MOSAIC 的性能。成果:至今为止使用 E-ELT 对遥远星系观察所得的最逼真的快照。

有了这一成功作为资本,该团队目前正在考虑,当该仪器在 E-ELT 上投入运行时,利用 GPU 来实时驱动该仪器 — 这可能让天文学家以最佳视野看到前所未见的宇宙。

有关 Gratadour 工作的更详细说明,请观看他在 GTC 上的演示