博士小姐姐6年“洗”出黑洞照片

4月10日，全人类看到的第一张黑洞照片，就是她“做”的。这位小姐姐名叫凯蒂·布曼，今年29岁。她带领算法团队“洗”出了这张照片，也成了第一批“看到”黑洞的人类之一。

人类“拍”到的第一张黑洞照片，并不是像我们拿手机拍照那样，点下屏幕就好，而是需要分布在全球各地的许多天文望远镜在同一时间“按下快门”，记录无线电数据。然后，再依靠机器学习算法，把数据拼到一起，重建出图像。而这个“洗照片”的任务，就是凯蒂在麻省理工学院（MIT）读博时做的项目。

从小学时便对科学研究感兴趣

出生于1989年的凯蒂来自美国印第安纳州。六年级时，凯蒂参加了科学博览会项目，这是她第一次真正体会到科学研究的刺激。她烤了3大块面包来研究酵母对面团的影响，最终赢得了金牌。她升入初中后，在朋友提议下一起修读编程课程。凯蒂曾认为“编程是件无聊且愚蠢的事情”。但那一年的学习彻底改变了她的想法。“我觉得那是一个真正的开始，我开始认真投入研究。”对于计算机科学的痴迷让她在中学时就得到了一份工作，在普渡大学的图像处理实验室做暑期研究助理。2007年，她进入密歇根大学学习电气工程，开始意识到自己是如此迷恋于与图像相关的工作，“你可以看见自己的成果，将所有东西视觉化，这过程让我感到很享受”。

大學毕业后，她进入MIT 继续她的硕士、博士课程，专业是图像处理和电气工程。在MIT 修读博士期间，当时的教授告诉了她关于EHT （事件视界望远镜）项目的一些信息，她对天文学兴趣不大，也知之甚少。不过，她认为这个项目可能会给她带来新的图像处理挑战。对于黑洞这样的数据，它是如此稀疏，如此嘈杂，这是一个危险的游戏。她开始研究“把多台天文望远镜获得的数据合成一张黑洞照片”的算法。

搞定半吨硬盘

在2016年之前，这个项目一直是保密的。直到2017年6月，凯蒂的算法才终于可以开始实战。她收到了一堆装着黑洞观测数据的硬盘：这些硬盘足有半吨，从世界各地用飞机运来。这些硬盘中的数据，来自智利、夏威夷、南极洲、美国亚利桑那、西班牙、墨西哥6个地方的一共8台天文望远镜。

天文望远镜获取的数据量非常大，一晚上就能收集到2PB（约2000TB）。如此庞大的数据难以用网络传输，必须装到硬盘里，空运到MIT。

将半吨数据变成一张靓图，凯蒂领导的算法团队尝试了无数次。她解释说，不只用了一种算法，而是试了很多种。一次次地试验，然后看哪一种最合适。

奇迹发生在去年6月的一天，数据处理进入决战阶段。她和3名同事挤在闷热狭窄的实验室里，紧盯着计算机屏幕，按下“go”键，看看编写的代码程序是否奏效。

失败过太多次了，大家没怎么抱有希望。这只是一个很平常的工作日，他们也不知道会形成怎样的图像，一切属于未知。凯蒂以为，可能会在屏幕上看到一个黑斑。

“那个光环就那么容易地出现了，真是难以置信。”

而这张图片就是人类史上首张黑洞照片，像个发亮的橙色魔戒，带有一部分阴影，4月10日展现在全球人面前。至此像凯蒂这样的幕后功臣，也终于可以松一大口气了。

一石激起的涟漪

CNN高度赞扬了凯蒂的贡献：“没有凯蒂·布曼的努力，黑洞的照片是不可能完成的，她开发了一种帮助设计成像方法的关键算法。”

这项任务究竟什么样？就好比你把一颗鹅卵石扔进池塘，却还想看到它的样子。

入水的瞬间，石子会激起一圈一圈的涟漪。只要有这些涟漪，就算石子沉到水下，也依然可以通过算法重现它的模样。黑洞，就像是这颗已经看不见的鹅卵石。不同的望远镜收到的两股无线电波相遇，就起了涟漪，学名叫做“干涉”。而凯蒂提出的CHIRP算法，便是依靠干涉来重建黑洞的。这样一来，算法有了，团队便开始“冲洗”黑洞的照片了。半吨硬盘的数据量处理起来，工程量还是太大了。“洗”照片的过程中，一度有4个团队同时工作，每个团队负责分析一部分数据。原本预计1年“洗”好的照片，花了2年时间才让世界看到。

（据量子位微信公众号）