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人工智能進(jìn)軍天文學(xué)界?

發(fā)布日期:2018-01-09 點(diǎn)擊次數:943
  美國宇航局開(kāi)普勒探測器的插圖。該探測器于2009年發(fā)射升空,旨在尋找地外行星。插圖:WENDY STENZEL, AMES RESEARCH CENTER/NASA
  
  撰文:Nadia Drake
  
  天文學(xué)界上的第一次!科學(xué)家訓練出了人工智能,用于在望遠鏡收集的巨量數據中進(jìn)行篩選,結果還真的發(fā)現了一個(gè)全新的星球。
  
  這顆新發(fā)現的行星編號為“開(kāi)普勒-90i(Kepler-90i)”,此前一直隱藏在美國宇航局開(kāi)普勒探測器收集的數據中。這顆行星距離地球約2500光年,它與另外7顆行星一起圍繞著(zhù)一顆恒星公轉,因此,開(kāi)普勒-90系統,與我們所在的太陽(yáng)系有許多相似之處。
  
  “開(kāi)普勒已經(jīng)像我們證明,多數恒星都擁有行星。”美國宇航局的Paul Hertz在宣布這一發(fā)現的新聞發(fā)布會(huì )上說(shuō)道。如今,開(kāi)普勒已經(jīng)證實(shí),恒星可以與我們的太陽(yáng)系一樣,擁有龐大的行星家族。
  
  在新聞發(fā)布會(huì )之前的幾天里,有媒體瘋傳可能探測到了外星生命。毫無(wú)意外,這個(gè)消息完全不靠譜,但是,它卻從側面證明,機器學(xué)習能夠幫助我們更多地了解整個(gè)星系中可能令人激動(dòng)的星球。
  
  在星辰大海中搜尋
  
  開(kāi)普勒探測器2009年發(fā)射升空,已經(jīng)盯著(zhù)一小塊天空中的15萬(wàn)顆恒星,足足看了4年。它的任務(wù)是尋找行星經(jīng)過(guò)恒星前面時(shí),對恒星所產(chǎn)生的微小遮擋。當科學(xué)家在數據中發(fā)現此類(lèi)微小信號時(shí),就能夠測算出行星的大小,以及它與其母恒星之間的距離。
  
  截至目前,開(kāi)普勒探測器已經(jīng)確認了2525顆行星,其數據中還有更多行星有待發(fā)現。但是,想要確認一顆行星并非易事。對人類(lèi)而言,人工梳理巨量的開(kāi)普勒數據是一項不可完成的任務(wù),因為這些數據中包含有10的8次方個(gè)潛在的行星軌道。此外,恒星光線(xiàn)的變弱,并不一定全是行星所為:恒星黑子、雙星及其它天體都有可能產(chǎn)生與行星掩住恒星一樣的效果。
  
  正因如此,谷歌人工智能部門(mén)的Chris Shallue決定利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )來(lái)解決這一難題。此前,機器學(xué)習的方式已經(jīng)被用于篩選、分類(lèi)普勒的數據,但是,Shallue的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )能夠提供更加強大的算法。
  
  Shallue說(shuō):“當我得知開(kāi)普勒探測器收集到了這么多的數據,科學(xué)家們無(wú)法全靠人工進(jìn)行審查時(shí),我就想把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )用于天文學(xué)。我們的想法是,把這一技術(shù)用于星空,教會(huì )機器的學(xué)習系統如何分辨遙遠恒星周?chē)男行恰?rdquo;
  
  開(kāi)辟觀(guān)測新視角
  
  顧名思義,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ),是基于人類(lèi)大腦工作的原理而構造的。人類(lèi)可以訓練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ),讓它們識別和分類(lèi)事物,比如分辨狗與貓的照片有何區別。最終,在看過(guò)足夠的樣本之后,電腦就能夠自己將貓和狗進(jìn)行分類(lèi)。
  
  Shallue訓練了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ),識別行星的獨特“指紋”。他從開(kāi)普勒數據庫中提取出15000個(gè)真實(shí)的行星特征,讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統辨別真實(shí)行星的信號與偽裝成行星的信號之間的差異。
  
  之后便是實(shí)戰驗證階段。Shallue與德州大學(xué)的Andrew Vanderburg,讓這個(gè)系統仔細檢查了670顆已知擁有行星的恒星,因為在這些恒星周?chē)赡艽嬖诟囝w行星。
  
  然后,他們向系統輸入不夠強、人工無(wú)法處理的信號。在這些信號中,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統識別出了兩顆新行星。研究結果發(fā)表在了《天文學(xué)期刊》上。
  
  “這兩顆星星的信號很弱,此前的所有搜尋都錯過(guò)了它們。”Shallue說(shuō)道。
  
  仍需探索新領(lǐng)域
  
  其中一顆行星是“開(kāi)普勒-80g”,它是所在恒星系中第六顆已知的行星。開(kāi)普勒-80g大小與地球相當,圍繞其母恒星公轉一周需14.6天,而其母恒星比我們的太陽(yáng)更小、更紅。
  
  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )還找出了“開(kāi)普勒-90i”。這顆行星比地球稍大,公轉一周需要兩個(gè)星期的時(shí)間,是所在恒星系中發(fā)現的第三顆巖質(zhì)行星,而其母恒星比我們的太陽(yáng)稍大且更熱。在開(kāi)普勒-90i內側,還有兩顆較小的行星,而在其外側公轉的行星則要大得多。
  
  這些行星都很大,但還都“抱團”在一起:八顆行星與其母恒星的距離,與日地距離相同。
  
  Vanderburg說(shuō):“我可不想去開(kāi)普勒-90i這種地方。它的地表很可能非常熾熱。我們通過(guò)計算,它的平均溫度約為427攝氏度。”
  
  他還補充說(shuō),恒星開(kāi)普勒-90可能還有更多行星有待發(fā)現。他和Shallue計劃將開(kāi)普勒的所有數據都輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統,看看有何結果。
  
  但是,現在不需要擔心電腦代替人類(lèi)天文學(xué)家。
  
  美國宇航局的Jessie Dotson說(shuō):“這項工作絕對要與天文學(xué)家一同進(jìn)行。永遠都不能排除這一點(diǎn)。你首先要有最初的分類(lèi),才能訓練機器學(xué)習,然后,它才能比人類(lèi)處理更多的信號。”
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