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Entendendo o papel do software no telescópio James Webb | Como analisar seus dados com python?

Quando o telescópio James Webb, o maior e mais sensível telescópio do mundo, foi lançado em 25 de dezembro de 2021 em um foguete Ariane 5 de Kourou, na Guiana Francesa, ele foi saudado como uma máquina do tempo!

A razão é que o telescópio James Webb nos mostrará coisas e entidades que nunca foram testemunhadas antes, através de qualquer telescópio. O Telescópio James Webb nos permite visualizar o Universo em comprimentos de onda infravermelhos, o que muda tudo.

Tal é o impacto e o poder dos comprimentos de onda infravermelhos que agora podemos ver as primeiras estrelas e as primeiras galáxias que se formaram após o Big Bang (13,8 bilhões de anos atrás)

Após seu lançamento, este enorme telescópio foi colocado no ponto Sol-Terra L2 Lagrange (a cerca de 1 milhão de quilômetros de distância da atmosfera da Terra), e em 11 de julho de 2022, as primeiras imagens já foram divulgadas, o que surpreendeu a comunidade científica.

(Primeiro Campo Profundo de Webb: 1ª imagem do Telescópio James Webb) Fonte: Wikipedia

Pesando 6.161,4 kg, com uma potência de 2 kW, este telescópio foi implantado em órbita solar perto do ponto de Lagrange L2 Sol-Terra, que fica a cerca de 1,5 milhão de quilômetros da Terra.

Após o lançamento, este telescópio está agora orbitando o Sol, ficando logo atrás da Terra, para que fique dentro da faixa de temperatura certa (50 K (-223 °C, -370 °F)) e espectro infravermelho para obter resultados ideais.

O Telescópio James Webb substituiu o Telescópio Espacial Hubble como o principal observatório espacial.

Neste blog, vamos discutir o papel do software no funcionamento do telescópio James Webb, e descobrir como podemos baixar seus dados, e analisar os dados usando a linguagem Python.

O papel do software no funcionamento do telescópio James Webb

O telescópio James Webb será operado, controlado e manobrado com software, como qualquer smartphone ou laptop.

Espelho de 18 peças no telescópio James Webb, que permite captar luz infravermelha distante de galáxias distantes (Imagem: NASA/Desiree Stover)

Mas, ao contrário de softwares simples e básicos para smartphones/laptops, o telescópio James Webb será alimentado com softwares complexos, feitos pela IBM.

Em 2007, foi anunciado que a NASA usará a ferramenta Rational Rose RealTime, um software altamente competente desenvolvido pela IBM para lidar com eventos críticos de tempo, com sistemas reativos.

O aplicativo para o telescópio James Webb foi desenvolvido na plataforma Rational Rose RealTime, usando a linguagem C++ e mais de 200.000 linhas de código.

De acordo com os pesquisadores da IBM, este software forma a base do maior telescópio do mundo, com base no qual ele operará e tentará descobrir as entidades ocultas do espaço, nunca vistas ou experimentadas antes.

Basicamente, a ferramenta Rational Rose RealTime aproveita as especificações UML (Unified Modeling Language) 2.0 e, usando isso, pode visualizar e criar sistemas para ‘domínios em tempo real’.

O Rational Rose Realtime Tool pode ser descrito como um software de desenvolvimento de modelagem visual baseado em UML, o que torna extremamente fácil para os desenvolvedores de software codificar, por meio de um recurso simples de arrastar e soltar.

A NASA também está implantando as ferramentas ClearCase e ClearQuest da IBM para o telescópio.

Curiosamente, a plataforma Rational Rose RealTime da IBM é baseada em software de código aberto, e isso os ajudou a criar esse aplicativo complexo mais rapidamente e reduzir os riscos decorrentes de bugs e outros fatores.

Como o Rational Rose RealTime Tool opera?

A ferramenta Rational Rose RealTime da IBM é a base, com base na qual todo o telescópio James Webb operará.

Basicamente, este software irá operar:

  • Orientação
  • Sistemas de navegação e controle (GNC),
  • Comando e Tratamento de Dados (CNDH)
  • Módulo de Instrumentos Científicos Integrados (ISIM)

Destes, o Integrated Science Instrument Module ou ISIM é o componente mais crítico, que abriga 4 instrumentos principais que operam o Telescópio James Webb, e o faz operar.

Assim, foi necessário um software com uma plataforma comum, que possa controlar e guiar perfeitamente o telescópio, através de um único controle de comando.

Outro fato interessante: o Rational Rose RealTime Tool testa a qualidade da codificação e do desenvolvimento em tempo real, o que inclui geração de código, teste e depuração, tudo em tempo real.

Dessa forma, o trabalho de desenvolvimento não atrapalhará e continuará agilizando o software para uma produtividade ideal.

Esta é a razão pela qual a NASA continuará a usar a Rational Rose RealTime Tool para o projeto de várias décadas do Telescópio James Webb, porque desenvolveu uma arquitetura padrão, em que as partes reutilizáveis para as próximas missões, sem gastar muito tempo na parte de desenvolvimento.

Python: Linguagem de Programação Mais Utilizada em Astronomia

As explorações espaciais sempre foram sobre dados: analisar dados e depois usar os insights para decodificar os segredos do Universo tem sido o objetivo.

Fonte: NASA

Curiosamente, a linguagem Python provou ser um recurso sólido, quando se trata de analisar os dados massivos gerados pelo Telescópio James Webb.

Tradicionalmente, Python tem sido a linguagem de programação mais usada para analisar e entender dados de exploração espacial, por décadas.

E com o telescópio James Webb, isso não é diferente.

De acordo com Nitya Mandyam, Ph.D. em Astrofísica e Desenvolvedor Sênior de Currículo na Codecademy, Python é a linguagem de programação mais favorita e amplamente usada no campo da astronomia, porque é a “linguagem de análise de dados, manipulação de dados e inferência de dados”.

Como o telescópio James Webb está orbitando a 1 milhão de quilômetros de distância, engenheiros de software da NASA estão usando Python para “receber, organizar e arquivar” dados, que são continuamente transmitidos de volta à Terra.

Os dados do Telescópio James Webb são coletados pela Deep Space Network da NASA e, em seguida, enviados para os sistemas de processamento do Space Telescope Science Institute e, em seguida, processados e analisados. Python é a linguagem de programação que torna isso possível.

Como baixar dados do telescópio James Webb & analisar usando Python?

Qualquer pessoa pode se tornar um “Cientista Cidadão”, e analisar os dados que o Telescópio James Webb envia de volta à Terra e, em seguida, explorar o Universo de seu próprio ângulo.

É assim que pode ser feito:

  • Visite este repositório Github, onde existem inúmeras bibliotecas Python, que podem ser usadas para acessar os dados nos servidores do Space Telescope Science Institute.
  • O Space Telescope Science Institute publicou um guia detalhado e documentação, que explica como acessar esses dados e como analisá-los por meio de bibliotecas Python.
  • Algumas outras ferramentas e aplicações interessantes que podem ser usadas para estudar e tirar conclusões: Galaxy Zoo, usando o qual qualquer usuário pode classificar as galáxias com base em suas formas, e Astropy, que é um pacote Python altamente especializado, usado para analisar os dados astrológicos.
  • Menção especial do Jupyter Books, uma plataforma super útil para escrever e iterar em seus dados Python, sem problemas.

Algumas habilidades básicas que são necessárias para entender e analisar os dados provenientes do James Webb e de outros telescópios são:

  • Python 3
  • .SQL
  • Visualização de dados utilizando Python
  • Aprendizado profundo Modelos
  • Aprendizado de Máquina
  • Big Data e Análise de Dados

Se você tem algum projeto (incluindo exploração espacial e espaço profundo) que precisa de programadores Python especializados, que podem visualizar os dados e obter insights e inteligência, então podemos ajudá-lo imediatamente.

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