凱·布曼：黑洞照片的女科學家

世界上第一張超大質量黑洞的圖片，標志著又一天文歷史紀錄的誕生，也意味著像布曼這樣的人終于可以分享他們的秘密工作。在處理中心工作的這幾年，就連她的家人都不知道布曼的工作內容。

4月10日，第一張黑洞照片橫空出世—一一個由塵埃和氣體組成的光環(huán)，勾勒出了一個巨大黑洞的輪廓，這是天文學上的重要里程碑。對黑洞的首次可視化似乎將徹底改變我們對宇宙最大謎團之一的理解。200多名來自世界各國的科研人員參與了這個項目，用10年的時間收集了海量數(shù)據(jù)。再經過兩年的數(shù)據(jù)分析，這張照片才問世。而在實現(xiàn)這一目標中，發(fā)揮關鍵作用的科學家之一，年僅29歲的凱蒂·布曼也迅速走紅。她提出了關鍵算法，從龐大的數(shù)據(jù)中提取出一張黑洞畫像。

29歲的她以光速走紅

去年整個夏天，凱蒂·布曼位于哈佛大學內的辦公室叉悶又熱。她已經在這個房間工作了一年多，在這個房間里的所有工作內容都要嚴格保密。6月的一天，她跟其他三名研究人員來到這個逼仄的辦公室里，想知道能不能從計算機里得到那張夢寐以求的圖片。過去數(shù)月，來自世界各地的研究人員合力收集了大量的天文數(shù)據(jù)，這些足以裝滿半噸硬盤的數(shù)據(jù)在前不久送到美國的處理中心。布曼和她的同事們想知道他們的算法能不能從這些龐大的數(shù)據(jù)中提取出一張黑洞畫像。這是決定命運的時刻。當她在計算機上按下按鈕后，一個模糊的光環(huán)緩緩呈現(xiàn)在屏幕上。這是一個由塵埃和氣體組成的光環(huán)，勾勒出了一個巨大黑洞的輪廓。第一張黑洞的照片橫空出世。這個黑洞位于梅西耶87星系的中心，距離地球5500萬光年?！半y以置信，我以為我們只會看到一個斑點?！辈悸f。

今年4月，隨著這張黑洞圖片的發(fā)布，29歲的計算機科學家布曼也以光速走紅。她與數(shù)十個硬盤的合照，讓不少人想起了1 969年的瑪格麗特·漢密爾頓。當時阿波羅計劃的首席軟件工程師漢密爾頓站在成堆的文件旁微笑，這張照片后來廣為流傳。這兩名女性分別在50年前和今天創(chuàng)造了歷史。

解決問題的核心人物

在過去很長一段時間里，黑洞只存在于人類的想象和推測中。2006年，天文學家就開始嘗試給黑洞拍照，但距離太遠，加上黑洞尺寸過小，沒能成功。布曼曾說過，拍清楚黑洞需要與地球尺寸相當?shù)耐h鏡。后來，天文學家把地球上8個電波望遠鏡串聯(lián)了起來，覆蓋了從南極洲到西班牙和智利的多個地區(qū)，構成了口徑等同于地球直徑的“事件視界望遠鏡”。隨著望遠鏡跟著地球自轉，就可以收集到黑洞所在位置的不同數(shù)據(jù)。201 7年4月5日，這8臺射電望遠鏡同時對黑洞展開觀測。這些望遠鏡收集捕獲的數(shù)據(jù)是極其龐大的。在觀測結束后，每個觀測站點的研究人員將成堆的硬盤寄往美國渡士頓和德國波恩的中央處理中心。由于數(shù)據(jù)過于龐大，這些硬盤只能以人工運輸?shù)姆绞絺鬏敗?/p>

而當這些數(shù)據(jù)到達處理中心時，又有另一個難題需要解決——如何在如此龐大的數(shù)據(jù)中分析出有效數(shù)據(jù);到底哪一張才是黑洞的照片？布曼正是解決這個問題的核心人物。6年前，布曼作為一名初級研究員加入了這個項目，當時她的任務就是建立一種算法，將望遠鏡收集的大量嘈雜、混亂的數(shù)據(jù)提煉成一幅可理解的圖像。在進入處理中心之前，布曼沒有任何天文學的背景。布曼曾說過：“如果你不知道天體物理學的細節(jié)是很困難的，這是一個很大的挑戰(zhàn)。”然而，布曼和她的團隊花了三年時間，最終構建出了成像代碼。去年6月，當所有的望遠鏡數(shù)據(jù)最終到達時，布曼和一小群研究人員才坐下來，對算法進行了測試。結果證明，按照不同的算法，生成的照片看起來都是一樣的。4月1 0日展示的黑洞圖像不是來自一種方法，而是來自不同算法的所有圖像被模糊在一起。

保守秘密真的很難

世界上第一張超大質量黑洞的圖片，標志著又一天文歷史紀錄的誕生，也意味著像布曼這樣的人終于可以分享他們的秘密工作。在處理中心工作的這幾年，就連她的家人都不知道布曼的工作內容。照片正式發(fā)布后，布曼才在社交媒體上傳了去年6月看到黑洞圖片時那個興奮的自己。照片中，布曼用雙手捂住嘴巴，背景中的電腦屏幕上是第一張黑洞的圖像，墻上的黑板上是密密麻麻的計算公式。她寫道：“難以置信地看著黑洞的第一張圖像正在被重建?！辈悸f：“保守秘密真的很難，我甚至沒有告訴我的家人這張照片。”她的父親查爾斯·布曼是普渡大學工程學教授。他說自己的女兒曾經告訴他會在4月10日晚上公布一個大新聞，但卻始終不告訴他具體內容。照片曝光后，她的父親在接受《紐約時報》采訪時表示：“我認為她邁出了更大的一步，我稱之為突破性的成果。她真的把我們所說的機器學習和人工智能帶到了科學發(fā)現(xiàn)中?！?/p>

布曼從小學時便對科學研究感興趣。出生于1989年的布曼來自印第安納州的西拉法葉，有一個妹妹。六年級時，布曼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。她說這本來是一個很小的項目。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。布曼曾認為“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?！拔矣X得那是一個真正的開始，我開始認真投入研究?！睂τ谟嬎銠C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，她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(yè)后，她繼續(xù)她的碩士、博士課程，專業(yè)是圖像處理和電氣工程。

如今，布曼的照片在社交媒體上廣為流傳，也在提醒著人們，要承認女科學家的重要性。