GPU 如何讓全球最大的望遠鏡看清楚宇宙面貌

作者 Samantha Zee

25年前發射進入地球軌道的哈伯太空望遠鏡,改變了人們對於宇宙的觀點。

由於加入了 GPU 的助力,歐洲極大望遠鏡(European Extremely Large Telescope,E-ELT)將可拍攝出較哈伯望遠鏡定期傳回地球,清晰度還要高上15倍的影像畫面。

巴黎第七大學與巴黎天文台空間天體物理研究實驗室(LESIA)副教授 Damien Gratadour,今年稍早在 NVIDIA 的 GPU 科技大會上表示,直徑約為半個足球場長度,旋轉結構上100公尺高、2,800噸重的穹頂,E-ELT 在體積上「可媲美埃及金字塔」。

預計2024年在智利阿他加馬沙漠亞馬遜斯山(Cerro Armazones)山頂上完成 E-ELT 的建造工作,口徑40公尺(131呎)的 E-ELT 望遠鏡,較口徑2.4公尺(7.9呎)的哈伯望遠鏡還要大上許多,然而天文學家在地面上使用望遠鏡進行觀測,大氣亂流成為他們最頭痛的問題之一。

地球大氣由持續運動著的不同溫度氣體所組成,且各種氣體還有自己的折射率,這扭曲了天文學家稱為「波前」(wave-front)的星體可用光,降低了畫質和望遠鏡的感光度。

無論建造出多大的望遠鏡,大氣皆是影像解析度的殺手,難以拍攝出完美清晰又穩定的星空,天文學家得找出方法來解決這個問題,而這就是 GPU 派上用場的地方。


GPU 將協助 E-ELT「看透」大氣亂流,讓天文學家能夠清楚掌握宇宙面貌。

最大的眼睛

Gratadour 是 GPU 部署團隊的一員,這個團隊以前所未有的規模即時模擬「多目標適應性光學」(multi-object adaptive optics),目標在於提升畫質和補償波前形狀變化的情況。

團隊想要打造出裝在 E-ELT 上稱為「MOSAIC」的大型儀器,讓天文學家能透過 E-ELT 這座最大的太空望遠鏡一窺宇宙發展的奧秘。

MOSAIC 將運用適應性光學來「重塑」來自星體或銀河、穿透大氣、經過扭曲的波前形狀。天文學家利用這些極為密集的運算作業,測量亂流量與利用層析重建法來適應望遠鏡內可變形反射鏡的形狀,以補償扭曲效果。

日前透過一套搭載四具 NVIDIA Tesla K20c GPU 的系統來模擬 MOSAIC 的效能表現,獲得使用 E-ELT 觀測遠方銀河以來最逼真的畫面。

研究團隊懷抱著這項成就,現正考慮 GPU 在 E-ELT 上運作之際,用它來即時驅動儀器,可能會讓天文學家進一步揭開浩瀚宇宙的神秘面紗。

更多關於 Gratadour 研究內容的介紹,請見他在  GTC 的簡報內容