アルマ望遠鏡を支える人々② 「機械」だけでなく「人」もつなぐコンピューティングの仕事

巨大な装置を使い、巨大な観測データを生み出すアルマ望遠鏡。天文学者たちがアルマ望遠鏡を使って素晴らしい成果を挙げる隣にはいつも、「コンピューティングチーム」の活躍があります。たくさんの装置に命を吹き込んで一糸乱れぬ制御を実現するにも、人間には読み解けない膨大なデータを処理して意味ある画像を作るにも、ソフトウェアの開発は欠かせません。アルマ望遠鏡の舞台裏を支える人たちにスポットを当てる連載の第2回目は、日本のアルマ望遠鏡コンピューティングチームをまとめる小杉城治 准教授にインタビューしました。

コンピューティングって、いったい何?

── とても基本的な質問なのですが、コンピューティングとはどのような仕事なのでしょうか?

小杉:一言でいいますと、アルマ望遠鏡のコンピューティングチームは、アルマ望遠鏡を実際に動かすのに必要なさまざまなソフトウェアの開発をおこなっています。

 

── コンピュータの装置、つまりハードウェアではなく、ソフトウェアを作っているんですね?

小杉:そうですね。ソフトウェアと聞くと、一般の方はたぶん、パソコンなどのコンピュータ上で動くプログラムのことをイメージされるのだと思います。

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小杉城治(国立天文台チリ観測所 准教授)


 

── たとえば、ゲームとか、アプリとかですね。

小杉:そうです。パソコンやスマホのようなコンピュータを持っていても、ソフトウェアがなければ役に立ちません。アルマ望遠鏡も、チリの現地に「相関器」というスーパーコンピュータを持っています。アルマ望遠鏡は最大で66台のアンテナで集めたデータから天体の画像を作成しますが、そのためには膨大な計算処理能力が必要です。その計算を行うのが、スパコンである相関器です。その相関器を制御するソフトウェアは、アルマのコンピューティングチームが作っています。
 ただし、コンピューティングチームが作るソフトは、それだけではありません。

 

── 他にはどんなものですか?

小杉:アルマのソフトウェアは実際の観測に使われる装置やシステムをリアルタイムに動かすためのもの(「オンライン系」)と、観測の前後で必要になる部分(「オフライン系」)とに大きく分けられます。たとえば、最大66台のアンテナを一糸乱れぬよう制御するソフトウェアや、アンテナが集めた電波を測定する「受信機」に命令を送るソフトウェアが「オンライン系」です。たくさんのアンテナから送られてくるデータを処理する「相関器」を動かすソフトウェアや、相関器が処理したデータをアーカイブに保存するためのソフトウェアもオンライン系ですね。

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アルマ望遠鏡を構成するさまざまな装置。アンテナとそこに搭載される受信機、信号を処理する相関器、処理済みのデータを保存するデータアーカイブ(山麓施設に設置)などが一体となってアルマ望遠鏡を構成します。
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

 

アルマ望遠鏡の屋台骨を支えるコンピューティング

── 一方、オフライン系のソフトウェアとは具体的にはどんなものでしょうか?

小杉:これを説明するには、アルマ望遠鏡を使った観測の流れからお話しする必要がありますね。アルマ望遠鏡で観測を行うには、最初に研究者が「観測提案書」を作ります。この観測提案書を審査員が審査して、審査に通ると、今度は実際に観測を行うための望遠鏡や装置のさまざまな設定を記した電子ファイルである「観測指示書」を研究者が作成し、それをデータベースに登録します。この観測指示書をアルマ望遠鏡のオペレーターがコンピュータ上で実行することで、観測が行われることになります。ここまでの過程で、観測提案書を準備するソフトウェア、審査を手助けするソフトウェア、観測指示書を作るソフトウェアなどが、観測の前段階におけるオフライン系です。

── なるほど。

小杉:観測が終わって、データをアーカイブした後からが、ふたたびオフライン系になります。アーカイブされたデータをアルマ望遠鏡のスタッフが解析し、その解析データがふたたびアーカイブに入れられて、ようやく観測提案をした研究者に届けられます。そうした解析ソフトウェアやアーカイブ・データ検索のソフトウェアも、やはりオフライン系です。
 こうして観測のサイクルが1つ終わるわけですが、このサイクルに必要なあらゆる機能を1つ1つ作り上げているのが、コンピューティングになります。

アルマ望遠鏡の観測とソフトウェアの流れ

アルマ望遠鏡を使った観測の流れと、それを支えるソフトウェア群
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

 

── こうして伺うと、アルマが観測所として動いていく上での「屋台骨」がコンピューティングなんだと思えてきますね。

小杉:アルマ望遠鏡で働く人というと、天文学者のことがすぐに思い浮かびますよね。一方、コンピューティングはいつも「縁の下の力持ち」なので、こうして話をすることでコンピューティングの重要性を知ってもらえると、働いている人たちのモチベーションも上がると思います。

 

── 現在、コンピューティングチームで働いている方は何人くらいですか?

小杉:アルマ全体で言うと、日米欧それぞれがコンピューティングチームを持っていて、更に現地のチリにもチームがあります。全世界でのメンバーは80人前後で、そのうち日本のコンピューティングチームが20人弱です。私は日本のチームをまとめているマネージャーの立場になります。

 

── 地域ごとの各チームで、役割分担はあるのですか?

小杉:日本のチームが今おもにやっているのは、ACA(アタカマコンパクトアレイ、愛称「モリタアレイ」)のアンテナと相関器を制御するソフトウェアの開発です。解析ソフトウェアとアーカイブソフトウェアの開発、さらに作ったソフトウェアの試験については、他地域のチームに協力しながら一緒に進めています。

 

── アルマ望遠鏡はすでに観測を始めていますが、今も開発は続いているのですか?

小杉:アルマ望遠鏡の性能は、今でも向上し続けています。新しい観測装置が搭載されたり、新しい観測手法が追加されたりしているからです。先ほどの相関器でさえ、すでに次世代のものを考え始めています。コンピューティングチームでも、これに合わせて開発を続けています。たとえば観測手法を増やすとすれば、それができるような機能をソフトウェアに組み込んでいく必要がありますし。あとはバグとりですね。これだけ大きなソフトウェアになってくると、なかなかバグが枯れないので、その対応も続けています。ほかには、新しい機能の追加ではないんですけど、ソフトウェアの実行スピードや効率をどう高めていくか、という面を常に考えながら開発を進めています。例えばデータ解析に時間がかかりすぎるということであれば、解析ソフトウェアのアルゴリズムを改良したり並列化したりする作業をおこないます。

小杉城治(国立天文台チリ観測所 准教授)

小杉城治(国立天文台チリ観測所 准教授)

1990年より岡山天体物理観測所188cm望遠鏡でネットワーク制御の観測システムを共同開発して活動銀河の観測的研究を推進。その頃から天文観測のためのコンピューティングに携わる。1996年から、すばる望遠鏡やそこに搭載される観測装置の制御ソフトウェアの開発や立ち上げ試験を担当。2005年にアルマ望遠鏡プロジェクトに移り、コンピューティングチームに参加。現在は東アジア・アルマ・コンピューティングマネージャとして、アルマ望遠鏡のさまざまなソフトウェア開発を統括している。天体写真も趣味。

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