[論文レビュー] General-Purpose Software for Managing Astronomical Observing Programs in the LSST Era

R. A. Street, Mic Bowman+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2018

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、LSSTなどの調査で想定される1日1000万件のアラートを処理できる高スループットなデータストリームに対応するように設計された、一般用途のソフトウェアフレームワーク「TOM Toolkit」を紹介する。このツールキットは、天文学者がカスタマイズ可能でスケーラブルなターゲットおよび観測マネージャー（TOM）システムを構築するのを支援することを目的としており、ターゲット選定、観測スケジューリング、データ管理、観測所や分析ツールとの統合のためのモジュラーで再利用可能なコンポーネントを提供する。これにより、高度なソフトウェア工学の専門知識がなくても、効率的で自動化されたフォローアップが可能になる。

ABSTRACT

Modern astronomical surveys such as the Large Synoptic Sky Survey (LSST) promise an unprecedented wealth of discoveries, delivered in the form of ~10 million alerts of time-variable events per night. Astronomers are faced with the daunting challenge of identifying the most scientifically important events from this flood of data in order to conduct effective and timely follow-up observations. Several ongoing observing programs have proven databases to be extremely valuable in conducting efficient follow-up, particularly when combined with tools to select targets, submit observation requests directly to ground- and space-based facilities (manual, remotely-operated and robotic), handle the resulting data, interface with analysis software and share information with collaborators. We draw on experience from a number of follow-up programs running at LCOGT, all of which have independently developed systems to provide these capabilities, including the Microlensing Key Project (RoboNet, PI: Tsapras, Co-I: Street), the Global Supernovae Project (SNEx, PI: Howell), and the Near-Earth Object Project (NEOExchange, PI: Lister). We refer to these systems in general as Target and Observation Managers, or TOMs. Future projects, facing a much greater and rapidly-growing list of potential targets, will find such tools to be indispensable, but the systems developed to date are highly specialized to the projects they serve and are not designed to scale to the LSST alert rate. We present a project to develop a general-purpose software toolkit that will enable astronomers to easily build TOM systems that they can customize to suit their needs, while a professionally-developed codebase will ensure that the systems are capable of scaling to future programs.

研究の動機と目的

• LSST や ZTF のような調査から予想される1日1000万件以上の天文アラートを管理するという急増する挑戦に応えること。
• スケーラブルではなく、高度なソフトウェア開発の専門知識を要する、従来の高度に特化したTOMシステムの限界を克服すること。
• ソフトウェア工学の深い訓練がなくても、天文学者がカスタマイズ可能でプロダクション運用可能なTOMシステムを構築できるようにすること。
• 既存の観測所ネットワーク、ブローカー、分析ツールと統合可能な一般用途で拡張可能なツールキットを提供すること。
• 変動星や一時的天体現象を特徴付けるために不可欠な、効率的で自動化されたフォローアッププログラムの開発を支援すること。

提案手法

• TOMシステムの主要機能を処理するための10のコアライブラリを備えたモジュラーなソフトウェアツールキットを設計すること。
• コアおよび科学的特化したターゲットデータ、観測リクエスト、分析結果を格納するための集中型データベース（TOM-DB）を実装すること。
• 標準化され、インタラクティブなウェブベースのユーザーインターフェースを構築するための構成ビュー・ライブラリ（CVL）を開発すること。
• プログラムによるクエリと観測リクエストの送信を可能にするターゲット選定インターフェース（TSI）と観測戦略インターフェース（OSI）を構築すること。
• データ交換ライブラリとデータ分析インターフェース（DAI）を介して外部ツールと統合し、データ共有と分析ワークフローの自動化を可能にすること。
• プロジェクト・ビュー・インターフェース（PVI）を活用した拡張性をサポートし、特定の科学的ニーズに合わせたカスタムインターフェースの構築を可能にすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSST や ZTF で想定される膨大なアラートレートに対応するため、天文学者が効率的にフォローアッププログラムを管理・スケーリングするにはどうすればよいか？
• RQ2 非専門家向けの開発者にもアクセス可能な一般用途で拡張可能かつプロダクション運用可能なTOMシステムを構築するために必要なアーキテクチャ的要素は何か？
• RQ3 ソフトウェアツールキットが、データベース管理やフルスタックソフトウェア工学の深い専門知識がなくても、天文学者が自らのTOMシステムを開発・デプロイするための障壁をどのように低減できるか？
• RQ4 TOMシステム、観測所ネットワーク、ブローカー、データ分析パイプラインの間で円滑に連携するための統合パターンは何か？
• RQ5 コミュニティ主導の開発とオープンスタンダードが、多様な天文プロジェクト間で長期間にわたる持続可能性と相互運用性を確保するにはどうすればよいか？

主な発見

• TOM Toolkitは、ターゲット選定からデータ分析まで、フォローアップ観測プログラムのライフサイクルをモジュラーで再利用可能なコンポーネントでサポートするように設計されている。
• このツールキットのアーキテクチャにより、天文学者は自身の科学的目標に合わせてカスタマイズ可能なTOMシステムを構築できる一方で、1日1000万件のアラートを処理するスケーラビリティを確保できる。
• TOM-DB、TSI、OSI、DAIといったコアコンポーネントは、ANTARESブローカーやLCO、SOAR、Geminiなどの観測所ネットワークと相互運用可能に設計されている。
• ワークショップ、チュートリアル、API開発を通じたコミュニティ参加計画を含み、観測所間での採用と相互運用性の促進を図っている。
• ツールキットは2段階でリリースされる予定である：2019年半ばに最小限の実用的プロダクト（MVP）がリリースされ、2020年半ばまでに完全なシステムが提供される予定で、完全なドキュメンテーションと実装例が併記される。
• 本プロジェクトは資金を確保し、専門家によるレビューを経ており、科学的・技術的妥当性が裏付けられており、時間領域天文学コミュニティにおける広範な採用の基盤が築かれている。