GWPY:發現重力波的機構使用的Python套件
GWPY:發現重力波的機構使用的Python套件
2016.02.16 | 科技

圖說明

文章為《數位時代》獲授權轉載自編程派

美國科學家11日宣佈,他們去年9月首次探測到重力波。這一發現印證了物理學大師愛因斯坦100年前的預言。宣佈這一發現的,是鐳射干涉重力波天文臺(LIGO)的負責人。

這個機構誕生於上世紀90年代,進行重力波觀測已經有近30年。那麼觀測到的重力波資料的量應該很大,科學家如何對這些資料進行分析?有沒有用到Python程式設計語言?

答案是肯定的。筆者在Github上發現了一個專門用於分析重力波資料的Python套件:GWPY。據維護者介紹,GWPY的程式碼來自LIGO和另一個名叫Virgo的機構,維護者將這兩個機構科學家的Python程式碼整理,最終的產品就是GWPY這個使用者友好的Python套件。

在具體介紹GWPY之前,先給和筆者一樣不了解的人簡單科普一下重力波和LIGO的相關知識。

什麼是重力波?

圖說明

上圖是兩個黑洞所產生的重力波的3-D模擬圖(NASA)。

首先,什麼是重力波?在物理學上,重力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動,如同石頭丟進水裡產生的波紋一樣,重力波被視為宇宙中的「時空漣漪」。

通常重力波的產生非常困難,地球圍繞太陽以每秒30千米的速度前進,發出的重力波功率僅為200瓦,還不如家用電飯煲功率大。宇宙中大品質天體的加速、碰撞和合併等事件才可以形成強大的重力波,但能產生這種較強重力波的波源距離地球都十分遙遠,傳播到地球時變得非常微弱。

下面分享兩個優秀的影片,很好地解釋了重力波及背後的原理。第一個來自LIGO,第二個則是比較通俗的漫畫式講解。

###LIGO科學家的解釋:
http://v.qq.com/boke/page/g/0/0/g0184mxwie0.html

###漫畫式通俗解釋:
http://v.qq.com/page/j/x/u/j0184qlilxu.html

LIGO是什麼?

鐳射干涉重力波觀測站( Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)LIGO是加州理工學院(Caltech)和麻省理工學院(MIT)的合作實驗室,現在也有其他的大學參與。實驗資金來源於美國國家科學基金會。LIGO是用來尋找宇宙中的重力波,從而可以驗證黑洞的存在和檢驗廣義相對論。

圖說明

LIGO主要有兩個觀測點,位於路易斯安那Livingston Parish的LIGO Livingston觀測點,和華盛頓 Hanford的LIGO Hanford觀測點。除此之外,在加州Passadena 的Caltech校園中還有LIGO 40m Prototype 。

LIGO是如何探測重力波的?

影片:LIGO是如何探測重力波的?

GWPY:LIGO用它分析重力波資料?

圖說明

接下來是本文的重頭戲。我們一起來學習如何GWPY分析重力波資料。下面的介紹及示例均來自GWPY的官方文件。

安裝

很簡單,pip install gwpy就可以完成安裝。

不過安裝的過程可能會比較長,因為gwpy使用的依賴套件比較多,套件括numpy、 scipy、 cycler、matplotlib、astropy等。

物件導向程式設計

GWPY是一個物件導向程式設計的Python套件,也就是說,資料物件是這個套件的核心關注點。每一個資料物件都體現為一個類實例,套件含了其屬性和套件含的資料。

如果想創建一個新的類實例,建議使用標準的構建器(constructor)。舉個例子,我們可以使用一個資料陣列,生成一個TimeSeries物件:

from gwpy.timeseries import TimeSeries
mydata = TimeSeries([1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],sample_rate=1, epoch=0)

或者從線上資料伺服器上下載:

from gwpy.timeseries import TimeSeries
mydata = TimeSeries.fetch('H1:LDAS-STRAIN', 964656015, 964656615)

核心資料物件

據介紹,GWPY提供了4種核心資料物件,分別代表重力波探測器所產生的四種標準資料:

• TimeSeries(時間序列資料)
• Spectrum(光譜數據)
• Spectrogram(光譜圖)
• DataQualityFlag

重力波數據視覺化

我們知道,將重力波探測器收集的資料視覺化,對於理解重力波的特性、研究重力波信號來說非常有説明。gwpy.plotter模組中提供了一些plot類,可以直觀地展示相應的資料類型。

GWPY的核心資料物件裡,大部分都內置有一個plot()方法,可以讓研究人員快速對某個資料集進行視覺化展示。舉個例子:

from gwpy.timeseries import TimeSeries
data = TimeSeries.fetch('H1:LDAS-STRAIN', 968654552, 968654562)
plot = data.plot()
plot.show()

圖說明

GWPY:利用公開的LIGO資料進行繪圖

我們接下來利用LIGO公開的一些重力波時間序列資料進行繪圖。我們可以直接線上載入這些資料。首先導入我們需要的模組:

from urllib2 import urlopen
from numpy import asarray
from gwpy.timeseries import TimeSeries

然後,下載資料,保存為文本字串:

data = urlopen('http://www.ligo.org/science/GW100916/L-strain_hp30-968654552-10.txt').read()

現在,我們可以對文本進行解析,補充必要的中繼資料之後,就可以生成一個TimeSeries:

ts = TimeSeries(asarray(data.splitlines(), dtype=float),
                 epoch=968654552, sample_rate=16384, unit='strain')

最後,我們就可以繪圖了:

plot = ts.plot()
plot.set_title('LIGO Livingston Observatory data for GW100916')
plot.set_ylabel('Gravitational-wave strain amplitude')
plot.show()

圖說明

關鍵字: #GitHub
往下滑看下一篇文章
當技術不再是門檻,內容產業如何贏在未來?  2026 亞洲新媒體高峰會「REIMAGINE」前瞻思考十年後的文創生態與賽道
當技術不再是門檻,內容產業如何贏在未來? 2026 亞洲新媒體高峰會「REIMAGINE」前瞻思考十年後的文創生態與賽道

近來每場產業論壇都在談AI,大多數談的是「怎麼用AI」。這次,我們想換個角度:「為什麼用AI?用來做什麼?十年後內容生態會是什麼樣貌?我們如何佈局?」今年NMEA(新媒體暨影視音發展協會)以「REIMAGINE 想像新視界」為主題,將於11月25日至26日舉行2026第八屆亞洲新媒體高峰會,號召影視內容產業跳脫短期焦慮,以長遠眼光看待未來,邀請影視音、科技、資本與文化決策者進行前瞻對話。研討的重點不在技術的創新,而是希望邀請大家發揮想像、開拓文化創意的未來新視野。

REIMAGINE,啟動想像新視界

「REIMAGINE」意即重新想像,不僅指向內容形式的翻新,也意味著既有流程、組織與商業模式的重組;「想像新視界」,則取「世界」、「視野」與「視聽」等複合意涵,呼應新媒體暨影視音發展的無限可能。

「內容產業最近太焦慮了。」NMEA理事長李芃君指出,對內容從業者與企業決策者而言,當下的焦慮已不再僅是「如何使用不斷迭代的新工具」,而是更關鍵的生存命題:當創作技術門檻被弭平,內容的真正價值該如何被重構?台灣的產業優勢是什麼?協會每年透過年度關鍵字呼應產業發展節奏,走過七屆高峰會,從早期的鼓勵擁抱變革,到去年的韌性突圍;第八屆峰會,NMEA理事長李芃君指出,「我們不想再強調現下追逐AI的焦慮,希望將視野拉長至未來十年,邀請產業領袖談談他們心中對未來的想像與願景。十年後這個產業會呈現什麼樣貌?確立中長期目標,能讓我們更有方向性地穩步前行。」NMEA 秘書長袁支翔則表示:「這將是歷屆以來,思維最自由、最具探索性的一次高峰會!」

五大主軸匯流,勾勒產業共同目標

「AI帶來結構性的改變,它滲透進整個產銷的價值鏈。」李芃君說明,從前期腳本開發、現場拍攝到後期製作,AI的應用日益深入。同時,消費者的娛樂與觀影行為在改變,在步調緊湊、碎片化時間日益增多的生活趨勢下,敘事策略必須順應變化。

在這兩波大趨勢的交互影響下,無論是內容創作、傳播、資本或技術都在尋求新的機會。藉由技術點燃感動,是文化科技的價值與契機,李芃君以太空望遠鏡為喻:哈伯與韋伯望遠鏡同樣觀測外太空,因科技世代不同,展現出截然不同的星空樣貌。「科技是文化的放大鏡,也是轉譯工具,協助我們更好地傳遞對一個故事或創意的描述。台灣是科技島,也是多元創意的孕育地,文化科技絕對是關鍵的核心競爭力。」

本屆高峰會的議程延續NMEA的優良傳統,由全體理監事與產業專家共創研擬,將邀集超過五十位講者、展開五大主軸:「跨域資本新局、內容跨界匯流、AI創作浪潮、多螢幕時代的競合,以及在地娛樂生態系演化」的精采對話。協會也預告多項亮點議程:以AI創作浪潮為例,今年全聯中元節廣告《歸途》,以AI生成視覺搭配真人實拍,引發市場對科技表現與人文情感平衡的討論,高峰會也將邀請主創團隊,分享第一手的創意策略與成果。

內容跨界匯流方面,三立集團內容營運長王淑娟將剖析現象級節目《請世界吃桌》的創作過程,分享如何整合多元資源將在地文化推向國際;在地娛樂生態系則聚焦台灣主要都會區,探討如何與國際影視、音樂、藝文合作,延伸在地文化特色,自然帶動長期的城市品牌價值。此外,高峰會也邀請貴賓分享體育賽事凝聚全民文化認同與 Team Taiwan 的感動經驗,以及木棉花、尖端出版與巴哈姆特組成的「動漫金三角」,對談動漫產業鏈的跨界協作路徑。

NMEA 引領產業對話

回顧過去一年,台灣文化內容展現豐沛活力,如:紀錄片《冠軍之路》記錄中華隊在世界棒球12強賽奪冠的歷程,深化了全民的情感共鳴;截至今年8月20日,國片票房累計達12億元,創下疫情後的高峰。要持續延續這股動能,制度端的協力不可或缺。NMEA長期扮演產業與政府之間的溝通橋樑,持續關注各項政策的推動成效。

放眼國際,日本已將動漫、遊戲、影視與音樂等內容產業列為國家重點產業;台灣則在2023年《文化創意產業發展法》修法時,已將以台灣內容為主的影視音產業提升至國家戰略地位。近期,面對政府發布的「AI新十大建設推動方案」,李芃君表示協會將持續建言,期盼將文化內容產業的需求一併納入國家AI藍圖。

李芃君強調,經濟成長若缺少文化底蘊支撐,難以永續強化國際地位與影響力;在產業生命力最旺盛的時刻,更必須同步鍛造屬於台灣獨特的文化價值與靈魂。「文創產業是由一群有使命感的眾人組成,我們希望能讓台灣的文化力持續提升!」隨著協會即將在2027年邁向成立十週年,她也期許,更多想像中的美好將持續從產業對話中發生。

歡迎加入 NMEA 新媒體暨影視音發展協會:https://www.nmea.asia/join.html

登入數位時代會員

開啟專屬自己的主題內容,

每日推播重點文章

閱讀會員專屬文章

請先登入數位時代會員

看更多獨享內容

請先登入數位時代會員

開啟收藏文章功能,

請先登入數位時代會員

開啟訂閱文章分類功能,

請先登入數位時代會員

我還不是會員, 註冊去!
追蹤我們
一次搞懂工業AI
© 2026 Business Next Media Corp. All Rights Reserved. 本網站內容未經允許,不得轉載。
106 台北市大安區光復南路102號9樓