[논문 리뷰] General-Purpose Software for Managing Astronomical Observing Programs in the LSST Era

R. A. Street, Mic Bowman외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 25.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LSST와 같은 설문에서 약 1000만 건의 경고 신호를 매일 처리할 수 있도록 설계된 일반 목적의 소프트웨어 프레임워크인 TOM 툴킷을 제시한다. 이 툴킷은 천문학자들이 시간 영역 천문 관측 경고를 위한 맞춤형이고 확장 가능한 타겟 및 관측 관리자(TOM) 시스템을 구축하는 데 도움을 주며, 깊이 있는 소프트웨어 공학 전문 지식이 없이도 효율적이고 자동화된 관측 후속 조치를 가능하게 한다. 주요 구성 요소로는 타겟 선택, 관측 스케줄링, 데이터 관리, 관측소 및 분석 도구와의 통합을 위한 모듈식이고 재사용 가능한 컴포넌트가 포함되어 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• LSST 및 ZTF와 같은 설문에서 매일 수백만 건의 천문 경고를 관리하는 데 발생하는 증가하는 과제를 해결한다.
• 스케일링이 어려우며 고급 소프트웨어 개발 전문 지식이 요구되는 기존의 고도로 전문화된 TOM 시스템의 한계를 극복한다.
• 깊은 소프트웨어 공학 교육 없이도 천문학자들이 맞춤형이고 프로덕션 수준의 TOM 시스템을 구축할 수 있도록 한다.
• 기존의 관측소 네트워크, 브로커, 분석 도구와 통합 가능한 일반 목적의 확장 가능한 툴킷을 제공한다.
• 이상적이고 자동화된 후속 조치 프로그램 개발을 지원하여 변동성 및 일시적 천체 현상을 규명하는 데 필수적이다.

제안 방법

• TOM 시스템의 핵심 기능을 처리하기 위한 10개의 핵심 라이브러리를 포함한 모듈식 소프트웨어 툴킷을 설계한다.
• 핵심 및 과학적 타겟 데이터, 관측 요청, 분석 결과를 저장하기 위한 중앙집중식 데이터베이스(TOM-DB)를 구현한다.
• 표준화되고 상호작용 가능한 웹 기반 사용자 인터페이스를 구축하기 위한 구성 보기 라이브러리(CVL)를 개발한다.
• 프로그래밍 방식으로 타겟을 쿼리하고 관측 요청을 제출할 수 있도록 타겟 선택 인터페이스(TSI)와 관측 전략 인터페이스(OSI)를 구현한다.
• 데이터 교환 라이브러리와 데이터 분석 인터페이스(DAI)를 통해 외부 도구와 통합하여 데이터 공유 및 분석 워크플로우 자동화를 가능하게 한다.
• 사용자가 특정 과학적 필요에 맞게 맞춤형 인터페이스를 구축할 수 있도록 프로젝트 보기 인터페이스(PVI)를 통해 확장성을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LSST 및 ZTF에서 예상되는 막대한 경고 신호 빈도를 효과적으로 관리하고 확장하는 데 천문학자들이 어떻게 접근할 수 있는가?
• RQ2 비전문가 개발자도 접근할 수 있고 일반 목적이며 확장 가능한, 프로덕션 수준의 TOM 시스템을 구축하기 위해 필요한 아키텍처 구성 요소는 무엇인가?
• RQ3 소프트웨어 툴킷은 데이터베이스 관리나 풀스택 소프트웨어 공학 전문 지식이 없는 천문학자들이 자신의 TOM 시스템을 개발하고 배포하는 데 있어 진입 장벽을 어떻게 낮출 수 있는가?
• RQ4 TOM 시스템, 관측소 네트워크, 브로커, 데이터 분석 파이프라인 간의 원활한 상호작용을 가능하게 하기 위해 필요한 통합 패턴은 무엇인가?
• RQ5 커뮤니티 주도 개발과 오픈 표준은 다양한 천문학 프로젝트 간의 장기적인 지속 가능성과 상호운용성을 보장하기 위해 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• TOM 툴킷은 타겟 선택에서 데이터 분석에 이르기까지 후속 관측 프로그램의 전 생애주기를 지원하도록 설계된 모듈식이고 재사용 가능한 구성 요소를 제공한다.
• 툴킷의 아키텍처는 천문학자들이 자신의 과학적 목표에 맞게 맞춤형 TOM 시스템을 구축하면서도, 매일 최대 1000만 건의 경고를 처리할 수 있도록 확장성을 확보한다.
• TOM-DB, TSI, OSI, DAI와 같은 핵심 구성 요소는 ANTARES 브로커 및 LCO, SOAR, Gemini와 같은 관측소 네트워크와의 상호운용성을 고려해 설계되어 있다.
• 관측소 간의 상호운용성과 보급을 촉진하기 위해 워크숍, 튜토리얼, API 개발을 포함한 커뮤니티 참여 계획이 포함되어 있다.
• 툴킷은 두 단계로 출시될 예정이다: 2019년 중반까지 최소 기능 제품(MVP)과 2020년 중반까지 완전한 시스템이며, 전체 문서화와 예제 구현 사례가 제공된다.
• 프로젝트는 자금 확보와 전문가 검토를 완료하여 과학적·기술적 타당성을 입증하였으며, 시간 영역 천문학 커뮤니티 내에서의 광범위한 보급을 위한 기반을 마련했다.