Суперкомп’ютер Frontier моделює найбільшу симуляцію Всесвіту

У Аргоннській національній лабораторії вчені використали суперкомп’ютер Frontier, щоб створити безпрецедентну симуляцію Всесвіту, яка охоплює проміжок у 10 мільярдів світлових років і містить складні фізичні моделі. Це монументальне досягнення дозволяє по-новому глянути на формування галактик і космічну еволюцію, демонструючи глибокі можливості екзамасштабних обчислень.

Прорив у моделюванні Всесвіту

Вчені з Аргонської національної лабораторії Міністерства енергетики досягли революційної віхи, створивши найбільшу на сьогодні астрофізичну симуляцію Всесвіту. Це моделювання стало можливим завдяки суперкомп’ютеру Frontier, який нещодавно був найпотужнішим у світі. Його масштаби відображають масштабні дослідження, проведені передовими телескопами та обсерваторіями, пропонуючи безпрецедентне розуміння космосу.

Frontier, розташований у Національній лабораторії Оук-Рідж у штаті Теннессі, наразі є другим найшвидшим суперкомп’ютером у світі, поступившись лише El Capitan, який вийшов вперед у листопаді 2024 року. Примітно, що Frontier є першим у світі ексамасштабним суперкомп’ютером, і ця відмінність тепер поділяється з El Capitan, обидва з яких представляють найновішу обчислювальну потужність.

Нова ера в астрофізиці

Це рекордне моделювання демонструє величезні можливості ексамасштабних обчислень. Потужність Frontier дозволяє моделювати з недосяжним раніше рівнем точності, дозволяючи вченим моделювати Всесвіт із надзвичайними деталями. Однак використання ексамасштабної технології в повній мірі вимагає інноваційних підходів до програмування, що відображає складність цього обчислювального кордону нового покоління.

Frontier — це значний стрибок в астрофізичному моделюванні. Він охоплює частину Всесвіту розміром 10 мільярдів світлових років. Він містить докладні фізичні моделі темної матерії, темної енергії, газової динаміки, утворення зірок і зростання чорної діри. Це має дати нове розуміння деяких фундаментальних процесів у Всесвіті, наприклад, як утворюються галактики та як розвивається великомасштабна структура Всесвіту.

Розуміння складових Всесвіту

«У Всесвіті є два компоненти: темна матерія, яка, наскільки нам відомо, взаємодіє лише гравітаційно, і звичайна матерія, або атомна матерія». сказав керівник проекту Салман Хабіб, директор відділу обчислювальних наук в Argonne.

«Отже, якщо ми хочемо знати, що задумано у Всесвіті, нам потрібно змоделювати обидві ці речі: гравітацію, а також всю іншу фізику, включаючи гарячий газ, і формування зірок, чорних дір і галактик», — сказав він. сказав. «Так би мовити, астрофізична «кухонна раковина». Це моделювання є тим, що ми називаємо моделюванням космологічної гідродинаміки».

Механіка космологічного моделювання

Симуляції космологічної гідродинаміки поєднують космологію з гідродинамікою та дозволяють астрономам досліджувати складні взаємозв’язки між гравітацією та такими речами, як газова динаміка та зоряні процеси, які формували та продовжують формувати наш Всесвіт. Їх можна проводити лише за допомогою суперкомп’ютерів через рівень складності та величезну кількість числових рівнянь і обчислень.

Record-breaking run on Frontier sets new bar for simulating the universe in the exascale era

Вимоги до енергії та наукові результати

Велика кількість енергії, яка потрібна Frontier для виконання цих симуляцій, вражає. Він споживає близько 21 МВт електроенергії, цього достатньо для живлення близько 15 000 односімейних будинків у США. Але виграш настільки ж вражаючий.

«Наприклад, якщо ми змоделюємо великий шматок Всесвіту, досліджений одним із великих телескопів, таких як обсерваторія Рубіна в Чилі, ви говорите про величезні шматки часу — мільярди років розширення», — Хабіб. сказав. «Донедавна ми навіть уявити собі не могли таке масштабне моделювання, як це, окрім як у наближенні лише гравітації».

Потужність Exascale Computing

«Для прямого порівняння із сучасними спостереженнями, які дають змогу обчислювати в екзамасштабі, необхідний не лише сам розмір фізичної області», — сказав Бронсон Мессер, науковий директор Oak Ridge Leadership Computing Facility. «Це також додатковий фізичний реалізм, який включає баріони та всю іншу динамічну фізику, що робить цю симуляцію справжньою екскурсією для Frontier».

Frontier моделює більше, ніж просто Всесвіт. У червні дослідники, які працюють з ним, досягли ще однієї віхи. Вони змоделювали систему з 466 мільярдів атомів у симуляції води. Це була найбільша система з коли-небудь змодельованих і більш ніж у 400 разів більша за найближчу конкурентну систему. Оскільки вода є основним компонентом клітин, Frontier прокладає шлях до можливої ​​симуляції живої клітини.

Frontier також обіцяє досягти прогресу в багатьох інших сферах, включаючи ядерний поділ і термоядерний синтез і великомасштабні системи передачі енергії. Його також використовували для моделювання квантової молекулярної динаміки, який у 1000 разів більший за розміром і швидкістю, ніж будь-який з його попередників. Його також можна застосувати для моделювання захворювань, розробки нових ліків, кращих батарей, кращих матеріалів, зокрема бетону, а також для прогнозування та пом’якшення кліматичних змін.

Поєднання моделювання зі спостереженнями

Астрофізичне/космологічне моделювання, подібне до Frontier, є потужним, коли воно поєднується зі спостереженнями. Вчені можуть використовувати моделювання для перевірки теоретичних моделей у порівнянні з даними спостережень. Зміна початкових умов і параметрів у моделюванні дозволяє дослідникам побачити, як різні фактори формують результати. Це ітеративний процес, який дозволяє вченим оновлювати свої моделі, виявляючи розбіжності між спостереженнями та моделюванням.

Величезне моделювання Frontier є лише одним із прикладів того, як суперкомп’ютери та штучний інтелект відіграють все більшу роль в астрономії та астрофізиці. Сучасна астрономія створює величезні обсяги даних і потребує потужних інструментів для керування. Наші теорії космології базуються на все більших і більших наборах даних, для моделювання яких потрібна величезна обчислювальна потужність.

Frontier вже замінив El Capitan, ще один ексамасштабний суперкомп’ютер у Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса (LLNL). Однак El Capitan зосереджений на управлінні ядерними запасами країни відповідно до LLNL. Адаптовано статтю, спочатку опубліковану на Universe Today.

Найновіший Jetour Shanhai T5 показали на відео

Chery та Jetour опублікували відеоролик, в якому новий позашляховик Jetour Shanhai T5 демонструє свої можливості. Автомобіль, повністю вкритий щільним камуфляжем, спочатку розвертається на місці, а потім уплав перетинає водоймище, після чого виїжджає з води і їде далі.

Jetour Shanhai T5 був представлений минулої весни на Пекінському автосалоні. Цей рамний позашляховик пропонує запас ходу до 1400 км з повним баком і зарядженим акумулятором. Новий автомобіль матиме дуже високий кліренс. Автомобіль отримає розширені колісні арки, багажник на даху, сходи на бічній частині, зовнішню скриньку для інструментів, маленьку лопату та інші пристосування, що підкреслюють позашляховий характер.

Раніше повідомлялося, що автомобіль буде оснащений гібридним двигуном 2 л у поєднанні електродвигуном P4, який зможе розвивати загальну потужність 760 к.с. та крутний момент 795 Н·м.

Вчені відкривають нові зміни в глобальному кругообігу води

У нещодавно опублікованій статті вчені NASA використовують майже 20-річні спостереження, щоб показати, що глобальний кругообіг води змінюється безпрецедентними способами. Більшість цих змін спричинені такими видами діяльності, як сільське господарство, і можуть мати вплив на екосистеми та управління водними ресурсами, особливо в певних регіонах.

«Завдяки асиміляції даних ми встановили, що втручання людини в глобальний кругообіг води є більш значущим, ніж ми думали», — сказав Суджай Кумар, науковий співробітник Центру космічних польотів імені Годдарда NASA в Грінбелті, штат Меріленд, і співавтор статті, опублікованої в Праці Національної академії наук.

Ці зміни мають наслідки для людей у ​​всьому світі. Практики управління водними ресурсами, такі як проектування інфраструктури для повеней або розробка індикаторів посухи для систем раннього попередження, часто базуються на припущеннях, що кругообіг води коливається лише в певному діапазоні, сказав Ваншу Ні, науковий співробітник NASA Goddard і провідний автор книги папір.

«Це може бути несправедливим для деяких регіонів», — сказав Ні. «Ми сподіваємося, що це дослідження послужить орієнтиром для покращення того, як ми оцінюємо мінливість водних ресурсів і плануємо стале управління ресурсами, особливо в районах, де ці зміни найбільш значні».

Одним із прикладів впливу людини на кругообіг води є Північний Китай, який переживає постійну посуху. Але рослинність у багатьох районах продовжує процвітати, частково тому, що виробники продовжують зрошувати свої землі, відкачуючи більше води зі сховищ підземних вод, сказав Кумар. Такі взаємопов’язані втручання людини часто призводять до комплексного впливу на інші змінні водного циклу, такі як евапотранспірація та стік.

Ні та її колеги зосередилися на трьох різних видах зсувів або змін у циклі: по-перше, тенденція, така як зменшення води в резервуарі підземних вод; по-друге, зміна сезонності, як типовий вегетаційний період, що починається раніше в році, або раннє танення снігу; і по-третє, зміна екстремальних подій, таких як «100-річні повені», що відбуваються частіше.

Вчені виявили нові зміни в глобальному кругообігу води, спричинені діяльністю людини
Credit: Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2403707121

Вчені зібрали дані дистанційного зондування з 2003 по 2020 роки з кількох різних супутникових джерел NASA: супутник місії Global Precipitation Measurement для даних опадів, набір даних про вологість ґрунту з Ініціативи зі зміни клімату Європейського космічного агентства та супутники Gravity Recovery і Climate Experiment для наземних дані про зберігання води. Вони також використовували продукти із супутникового приладу спектрорадіометра середньої роздільної здатності, щоб надати інформацію про стан рослинності.

«Ця стаття об’єднує кілька років зусиль нашої команди з розробки можливостей аналізу супутникових даних, що дозволяє нам точно симулювати континентальні потоки води та запаси води по всій планеті», — сказав Аугусто Гетірана, науковий співробітник NASA Goddard і співавтор книги папір.

Результати дослідження свідчать про те, що моделі системи Землі, які використовуються для моделювання майбутнього глобального кругообігу води, повинні розвиватися, щоб інтегрувати поточні наслідки діяльності людини. Маючи більше даних і вдосконалені моделі, виробники та менеджери водних ресурсів могли б зрозуміти та ефективно спланувати, як виглядає «нова нормальна» місцева ситуація з водою, сказав Ні.

Розроблено новий спосіб створення водовідштовхувальних поверхонь з алюмінію

Міжнародна група інженерів з Університету Райса (США) та Единбурзького університету (Великобританія) розробила інноваційний та масштабований метод створення текстурованих алюмінієвих поверхонь з покращеними властивостями відведення рідини.

Вчені запропонували використовувати недорогі вінілові маски та доступний лаковий полімер у поєднанні з фізичною та хімічною обробкою поверхні алюмінію. Створені таким способом поверхні демонструють різну змочуваність — від супергідрофобної до гідрофільної, залежно від обробки. Мінімальний розмір текстури становить 1,5 мм.

«Цей метод є важливим кроком в інженерії поверхонь, — зазначає Деніел Престон, доцент кафедри машинобудування Університету Райса. — Забезпечуючи точний контроль над змочуваністю та тепловими властивостями, ми відкриваємо нові можливості для масштабного виробництва покращених теплопередаючих поверхонь».

Процес створення текстурованою поверхні включає кілька етапів. Спочатку на полірований алюміній наноситься вінілова маска, потім проводиться двоступінчасте травлення для створення мікро-і наноструктурованих зон. Дослідники використовували передові методи візуалізації для характеристики роздільної здатності візерунків та їх змочуваності.

Експерименти показали, що на текстурованих поверхнях краплі конденсату скочуються значно ефективніше, ніж однорідних. Тепловізійна зйомка виявила суттєві відмінності у випромінювальній здатності між гладкими та текстурованими ділянками.

«Алюміній широко використовується у пристроях терморегулювання завдяки високій теплопровідності, низькій щільності та невисокій вартості, – пояснює Джефф Веймейєр, співавтор дослідження. — Наш метод додає нового виміру його функціональності, дозволяючи інженерам точно налаштовувати теплообмін при конденсації».

Технологія має широкі перспективи застосування: від охолодження серверів у дата-центрах до запобігання зледенінням крил літаків, лопатям вітряних турбін та ліній електропередач. На відміну від традиційної фотолітографії новий метод економічний і підходить для обробки великих поверхонь. Джерело

Аргірія: рідкісна хвороба, яка робить людей синіми

Аргірія спричинена накопиченням срібла в організмі, яке знебарвлює шкіру.

Назва хвороби: Аргірія

Уражене населення. Незважаючи на те, що аргирія була більш поширеною в 19 столітті через сильний вплив срібла серед людей, які працювали з металом, і використання срібла для лікування хвороб, зараз аргірія є рідкісним захворюванням. Отже, існує обмежена статистика щодо справжньої частоти захворювання. Однак в одному огляді медичної літератури, опублікованому до 2018 року, виявлено 16 пацієнтів, у яких розвинулася аргірія після впливу рідкої суспензії срібла, відомої як колоїдне срібло.

Причини: Аргірія спричинена прийомом або впливом срібла або срібловмісних сполук. Срібло накопичується в організмі і таким чином забарвлює шкіру та нігті в синювато-сірий колір. Людське тіло зазвичай містить невелику кількість срібла внаслідок незначного впливу, наприклад, через їжу та питну воду. Але у пацієнтів з аргірією ці рівні накопичувалися в надлишку протягом тривалого періоду, починаючи від кількох місяців до років.

Люди, які працюють зі сріблом або використовують колоїдне срібло як харчову добавку, мають найбільший ризик розвитку аргірії. Це включає людей, які споживають колоїдне срібло як форму альтернативної медицини для лікування таких станів, як високий кров’яний тиск і діабет. Офіційні особи охорони здоров’я США попередили, що ця сполука не ефективна для лікування будь-яких станів і може впливати на деякі ліки, наприклад антибіотики.

Симптоми: основними симптомами аргірії є синювато-сірий або сірий відтінок шкіри, темніші за норму нігті та поява темніших плям на шкірі в місцях, які піддаються впливу сонця, — стан, відомий як гіперпігментація. Ці зміни кольору зазвичай є постійними, і пацієнти з аргірією можуть відчувати психологічний стрес через їх зовнішній вигляд.

Симптоми можуть відрізнятися залежно від того, скільки срібла потрапляє в організм людини, як воно потрапляє в організм і як довго воно накопичувалося. Симптоми можуть виникати по всьому тілу (генералізована аргірія), лише в окремих частинах тіла (локалізована аргірія) або конкретно в оці (аргірія).

Сьомий політ SpaceX Starship завершився втратою корабля

Сьогодні вночі відбувся сьомий випробувальний запуск гігантської ракети SpaceX Starship. Однойменний корабель та прискорювач Super Heavy піднялися в повітря о 16:37 за місцевим часом 16 листопада. У рамках цієї місії в космос була запущена оновлена ​​версія самого корабля Starship, яка вища і важча за минулу.

SpaceX вдалося здійснити один із найскладніших елементів запуску ракети Starship — повернути перший ступінь Super Heavy на стартовий майданчик, де його підхопила спеціальна вежа Mechazilla зі спеціальним захопленням, так званими паличками для їжі. Прискорювач повернувся трохи менше, ніж за 7 хвилин після зльоту.

Нагадаємо, що SpaceX вже вдавалося зробити таке під час п’ятого польоту, але під час шостого пуску щось пішло не за планом і прискорювач не ризикнули садити на стартовий стіл, акуратно опусти у води Мексиканської затоки. Тепер же під час шостого польоту компанії вдалося повторити успіх.

Starship Flight 7 booster catch!!

Однак успіх із Super Heavy затьмарила втрата корабля Starship. Він перестав передавати телеметрію невдовзі після посадки прискорювача на восьмій хвилині з моменту старту. На момент публікації цієї замітки не відомо, що саме трапилося з апаратом. Більше подробиць, мабуть, ми дізнаємося за кілька годин.

Найбільш помітною відмінністю нового Starship Version 2 або Block 2 від першого варіанта корабля стали передні закрилки корабля — їх розмір зменшився, а самі вони перемістилися ближче до носа Starship, що допоможе захистити їх на вході корабля в атмосферу. У цій місії на борту Super Heavy та Starship було понад 4700 тонн палива та окислювача; обсяг паливних баків корабля збільшили на 25%, а у відсік для корисного навантаження помістили десять макетів супутників зв’язку Starlink. Сукупна висота ракети досягла 123,1 м-коду.

Серед інших змін Starship Version 2:

  • вакуумна оболонка ліній подачі палива;
  • нова система подачі палива вакуумних двигунів Raptor на кораблі;
  • покращений модуль авіоніки з керуванням клапанами корабля та читанням датчиків;
  • перероблені датчики навігації та позиціонування зі зірками;
  • вбудовані розумні батареї та блоки живлення, що розподіляють 2,7 МВт потужності по системах корабля;
  • кількість камер на борту корабля зросла до 30.

SpaceX також розробляє модернізований варіант першого ступеня Super Heavy, який буде трохи вищий за нинішній, але в сьомому випробувальному польоті використовувався прискорювач першого покоління. Джерело: SpaceX