博士小姐姐6年“洗”出黑洞照片

4月10日，全人類看到的第一張黑洞照片，就是她“做”的。這位小姐姐名叫凱蒂·布曼，今年29歲。她帶領算法團隊“洗”出了這張照片，也成了第一批“看到”黑洞的人類之一。

人類“拍”到的第一張黑洞照片，并不是像我們拿手機拍照那樣，點下屏幕就好，而是需要分布在全球各地的許多天文望遠鏡在同一時間“按下快門”，記錄無線電數據。然后，再依靠機器學習算法，把數據拼到一起，重建出圖像。而這個“洗照片”的任務，就是凱蒂在麻省理工學院（MIT）讀博時做的項目。

從小學時便對科學研究感興趣

出生于1989年的凱蒂來自美國印第安納州。六年級時，凱蒂參加了科學博覽會項目，這是她第一次真正體會到科學研究的刺激。她烤了3大塊面包來研究酵母對面團的影響，最終贏得了金牌。她升入初中后，在朋友提議下一起修讀編程課程。凱蒂曾認為“編程是件無聊且愚蠢的事情”。但那一年的學習徹底改變了她的想法。“我覺得那是一個真正的開始，我開始認真投入研究。”對于計算機科學的癡迷讓她在中學時就得到了一份工作，在普渡大學的圖像處理實驗室做暑期研究助理。2007年，她進入密歇根大學學習電氣工程，開始意識到自己是如此迷戀于與圖像相關的工作，“你可以看見自己的成果，將所有東西視覺化，這過程讓我感到很享受”。

大學畢業后，她進入MIT 繼續她的碩士、博士課程，專業是圖像處理和電氣工程。在MIT 修讀博士期間，當時的教授告訴了她關于EHT （事件視界望遠鏡）項目的一些信息，她對天文學興趣不大，也知之甚少。不過，她認為這個項目可能會給她帶來新的圖像處理挑戰。對于黑洞這樣的數據，它是如此稀疏，如此嘈雜，這是一個危險的游戲。她開始研究“把多臺天文望遠鏡獲得的數據合成一張黑洞照片”的算法。

搞定半噸硬盤

在2016年之前，這個項目一直是保密的。直到2017年6月，凱蒂的算法才終于可以開始實戰。她收到了一堆裝著黑洞觀測數據的硬盤：這些硬盤足有半噸，從世界各地用飛機運來。這些硬盤中的數據，來自智利、夏威夷、南極洲、美國亞利桑那、西班牙、墨西哥6個地方的一共8臺天文望遠鏡。

天文望遠鏡獲取的數據量非常大，一晚上就能收集到2PB（約2000TB）。如此龐大的數據難以用網絡傳輸，必須裝到硬盤里，空運到MIT。

將半噸數據變成一張靚圖，凱蒂領導的算法團隊嘗試了無數次。她解釋說，不只用了一種算法，而是試了很多種。一次次地試驗，然后看哪一種最合適。

奇跡發生在去年6月的一天，數據處理進入決戰階段。她和3名同事擠在悶熱狹窄的實驗室里，緊盯著計算機屏幕，按下“go”鍵，看看編寫的代碼程序是否奏效。

失敗過太多次了，大家沒怎么抱有希望。這只是一個很平常的工作日，他們也不知道會形成怎樣的圖像，一切屬于未知。凱蒂以為，可能會在屏幕上看到一個黑斑。

“那個光環就那么容易地出現了，真是難以置信。”

而這張圖片就是人類史上首張黑洞照片，像個發亮的橙色魔戒，帶有一部分陰影，4月10日展現在全球人面前。至此像凱蒂這樣的幕后功臣，也終于可以松一大口氣了。

一石激起的漣漪

CNN高度贊揚了凱蒂的貢獻：“沒有凱蒂·布曼的努力，黑洞的照片是不可能完成的，她開發了一種幫助設計成像方法的關鍵算法。”

這項任務究竟什么樣？就好比你把一顆鵝卵石扔進池塘，卻還想看到它的樣子。

入水的瞬間，石子會激起一圈一圈的漣漪。只要有這些漣漪，就算石子沉到水下，也依然可以通過算法重現它的模樣。黑洞，就像是這顆已經看不見的鵝卵石。不同的望遠鏡收到的兩股無線電波相遇，就起了漣漪，學名叫做“干涉”。而凱蒂提出的CHIRP算法，便是依靠干涉來重建黑洞的。這樣一來，算法有了，團隊便開始“沖洗”黑洞的照片了。半噸硬盤的數據量處理起來，工程量還是太大了。“洗”照片的過程中，一度有4個團隊同時工作，每個團隊負責分析一部分數據。原本預計1年“洗”好的照片，花了2年時間才讓世界看到。

（據量子位微信公眾號）