人工智能進(jìn)軍天文學(xué)界？

　　美國宇航局開普勒探測器的插圖。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(xùn)練出了人工智能，用于在望遠(yuǎn)鏡收集的巨量數(shù)據(jù)中進(jìn)行篩選，結(jié)果還真的發(fā)現(xiàn)了一個全新的星球。

　　

　　這顆新發(fā)現(xiàn)的行星編號為“開普勒-90i(Kepler-90i)”，此前一直隱藏在美國宇航局開普勒探測器收集的數(shù)據(jù)中。這顆行星距離地球約2500光年，它與另外7顆行星一起圍繞著一顆恒星公轉(zhuǎn)，因此，開普勒-90系統(tǒng)，與我們所在的太陽系有許多相似之處。

　　

　　“開普勒已經(jīng)像我們證明，多數(shù)恒星都擁有行星。”美國宇航局的Paul Hertz在宣布這一發(fā)現(xiàn)的新聞發(fā)布會上說道。如今，開普勒已經(jīng)證實，恒星可以與我們的太陽系一樣，擁有龐大的行星家族。

　　

　　在新聞發(fā)布會之前的幾天里，有媒體瘋傳可能探測到了外星生命。毫無意外，這個消息完全不靠譜，但是，它卻從側(cè)面證明，機(jī)器學(xué)習(xí)能夠幫助我們更多地了解整個星系中可能令人激動的星球。

　　

　　在星辰大海中搜尋

　　

　　開普勒探測器2009年發(fā)射升空，已經(jīng)盯著一小塊天空中的15萬顆恒星，足足看了4年。它的任務(wù)是尋找行星經(jīng)過恒星前面時，對恒星所產(chǎn)生的微小遮擋。當(dāng)科學(xué)家在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)此類微小信號時，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，開普勒探測器已經(jīng)確認(rèn)了2525顆行星，其數(shù)據(jù)中還有更多行星有待發(fā)現(xiàn)。但是，想要確認(rèn)一顆行星并非易事。對人類而言，人工梳理巨量的開普勒數(shù)據(jù)是一項不可完成的任務(wù)，因為這些數(shù)據(jù)中包含有10的8次方個潛在的行星軌道。此外，恒星光線的變?nèi)?，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，谷歌人工智能部門的Chris Shallue決定利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解決這一難題。此前，機(jī)器學(xué)習(xí)的方式已經(jīng)被用于篩選、分類普勒的數(shù)據(jù)，但是，Shallue的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠提供更加強(qiáng)大的算法。

　　

　　Shallue說：“當(dāng)我得知開普勒探測器收集到了這么多的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們無法全靠人工進(jìn)行審查時，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，教會機(jī)器的學(xué)習(xí)系統(tǒng)如何分辨遙遠(yuǎn)恒星周圍的行星。”

　　

　　開辟觀測新視角

　　

　　顧名思義，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是基于人類大腦工作的原理而構(gòu)造的。人類可以訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，讓它們識別和分類事物，比如分辨狗與貓的照片有何區(qū)別。最終，在看過足夠的樣本之后，電腦就能夠自己將貓和狗進(jìn)行分類。

　　

　　Shallue訓(xùn)練了一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，識別行星的獨特“指紋”。他從開普勒數(shù)據(jù)庫中提取出15000個真實的行星特征，讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)辨別真實行星的信號與偽裝成行星的信號之間的差異。

　　

　　之后便是實戰(zhàn)驗證階段。Shallue與德州大學(xué)的Andrew Vanderburg，讓這個系統(tǒng)仔細(xì)檢查了670顆已知擁有行星的恒星，因為在這些恒星周圍可能存在更多顆行星。

　　

　　然后，他們向系統(tǒng)輸入不夠強(qiáng)、人工無法處理的信號。在這些信號中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)識別出了兩顆新行星。研究結(jié)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了它們。”Shallue說道。

　　

　　仍需探索新領(lǐng)域

　　

　　其中一顆行星是“開普勒-80g”，它是所在恒星系中第六顆已知的行星。開普勒-80g大小與地球相當(dāng)，圍繞其母恒星公轉(zhuǎn)一周需14.6天，而其母恒星比我們的太陽更小、更紅。

　　

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還找出了“開普勒-90i”。這顆行星比地球稍大，公轉(zhuǎn)一周需要兩個星期的時間，是所在恒星系中發(fā)現(xiàn)的第三顆巖質(zhì)行星，而其母恒星比我們的太陽稍大且更熱。在開普勒-90i內(nèi)側(cè)，還有兩顆較小的行星，而在其外側(cè)公轉(zhuǎn)的行星則要大得多。

　　

　　這些行星都很大，但還都“抱團(tuán)”在一起：八顆行星與其母恒星的距離，與日地距離相同。

　　

　　Vanderburg說：“我可不想去開普勒-90i這種地方。它的地表很可能非常熾熱。我們通過計算，它的平均溫度約為427攝氏度。”

　　

　　他還補(bǔ)充說，恒星開普勒-90可能還有更多行星有待發(fā)現(xiàn)。他和Shallue計劃將開普勒的所有數(shù)據(jù)都輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，看看有何結(jié)果。

　　

　　但是，現(xiàn)在不需要擔(dān)心電腦代替人類天文學(xué)家。

　　

　　美國宇航局的Jessie Dotson說：“這項工作絕對要與天文學(xué)家一同進(jìn)行。永遠(yuǎn)都不能排除這一點。你首先要有最初的分類，才能訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)，然后，它才能比人類處理更多的信號。”