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(lǐng)算法團(tuán)隊(duì)“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(jī)拍照那樣，點(diǎn)下屏幕就好，而是需要分布在全球各地的許多天文望遠(yuǎn)鏡在同一時(shí)間“按下快門”，記錄無線電數(shù)據(jù)。然后，再依靠機(jī)器學(xué)習(xí)算法，把數(shù)據(jù)拼到一起，重建出圖像。而這個(gè)“洗照片”的任務(wù)，就是凱蒂在麻省理工學(xué)院（MIT）讀博時(shí)做的項(xiàng)目。

從小學(xué)時(shí)便對科學(xué)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(shí)，凱蒂參加了科學(xué)博覽會項(xiàng)目，這是她第一次真正體會到科學(xué)研究的刺激。她烤了3大塊面包來研究酵母對面團(tuán)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(rèn)為“編程是件無聊且愚蠢的事情”。但那一年的學(xué)習(xí)徹底改變了她的想法。“我覺得那是一個(gè)真正的開始，我開始認(rèn)真投入研究?！睂τ谟?jì)算機(jī)科學(xué)的癡迷讓她在中學(xué)時(shí)就得到了一份工作，在普渡大學(xué)的圖像處理實(shí)驗(yàn)室做暑期研究助理。2007年，她進(jìn)入密歇根大學(xué)學(xué)習(xí)電氣工程，開始意識到自己是如此迷戀于與圖像相關(guān)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(xué)畢業(yè)后，她進(jìn)入MIT 繼續(xù)她的碩士、博士課程，專業(yè)是圖像處理和電氣工程。在MIT 修讀博士期間，當(dāng)時(shí)的教授告訴了她關(guān)于EHT （事件視界望遠(yuǎn)鏡）項(xiàng)目的一些信息，她對天文學(xué)興趣不大，也知之甚少。不過，她認(rèn)為這個(gè)項(xiàng)目可能會給她帶來新的圖像處理挑戰(zhàn)。對于黑洞這樣的數(shù)據(jù)，它是如此稀疏，如此嘈雜，這是一個(gè)危險(xiǎn)的游戲。她開始研究“把多臺天文望遠(yuǎn)鏡獲得的數(shù)據(jù)合成一張黑洞照片”的算法。

搞定半噸硬盤

在2016年之前，這個(gè)項(xiàng)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(shí)戰(zhàn)。她收到了一堆裝著黑洞觀測數(shù)據(jù)的硬盤：這些硬盤足有半噸，從世界各地用飛機(jī)運(yùn)來。這些硬盤中的數(shù)據(jù)，來自智利、夏威夷、南極洲、美國亞利桑那、西班牙、墨西哥6個(gè)地方的一共8臺天文望遠(yuǎn)鏡。

天文望遠(yuǎn)鏡獲取的數(shù)據(jù)量非常大，一晚上就能收集到2PB（約2000TB）。如此龐大的數(shù)據(jù)難以用網(wǎng)絡(luò)傳輸，必須裝到硬盤里，空運(yùn)到MIT。

將半噸數(shù)據(jù)變成一張靚圖，凱蒂領(lǐng)導(dǎo)的算法團(tuán)隊(duì)嘗試了無數(shù)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(yàn)，然后看哪一種最合適。

奇跡發(fā)生在去年6月的一天，數(shù)據(jù)處理進(jìn)入決戰(zhàn)階段。她和3名同事擠在悶熱狹窄的實(shí)驗(yàn)室里，緊盯著計(jì)算機(jī)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(gè)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(gè)黑斑。

“那個(gè)光環(huán)就那么容易地出現(xiàn)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(gè)發(fā)亮的橙色魔戒，帶有一部分陰影，4月10日展現(xiàn)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(yáng)了凱蒂的貢獻(xiàn)：“沒有凱蒂·布曼的努力，黑洞的照片是不可能完成的，她開發(fā)了一種幫助設(shè)計(jì)成像方法的關(guān)鍵算法?！?/p>

這項(xiàng)任務(wù)究竟什么樣？就好比你把一顆鵝卵石扔進(jìn)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(xiàn)它的模樣。黑洞，就像是這顆已經(jīng)看不見的鵝卵石。不同的望遠(yuǎn)鏡收到的兩股無線電波相遇，就起了漣漪，學(xué)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(tuán)隊(duì)便開始“沖洗”黑洞的照片了。半噸硬盤的數(shù)據(jù)量處理起來，工程量還是太大了?！跋础闭掌倪^程中，一度有4個(gè)團(tuán)隊(duì)同時(shí)工作，每個(gè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)分析一部分?jǐn)?shù)據(jù)。原本預(yù)計(jì)1年“洗”好的照片，花了2年時(shí)間才讓世界看到。

（據(jù)量子位微信公眾號）