人工智能進軍天文學界？

　　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

　　

　　天文學界上的第一次!科學家訓練出了人工智能，用于在望遠鏡收集的巨量數(shù)據(jù)中進行篩選，結果還真的發(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，機器學習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。當科學家在數(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，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)絡來解決這一難題。此前，機器學習的方式已經(jīng)被用于篩選、分類普勒的數(shù)據(jù)，但是，Shallue的神經(jīng)網(wǎng)絡能夠提供更加強大的算法。

　　

　　Shallue說：“當我得知開普勒探測器收集到了這么多的數(shù)據(jù)，科學家們無法全靠人工進行審查時，我就想把神經(jīng)網(wǎng)絡用于天文學。我們的想法是，把這一技術用于星空，教會機器的學習系統(tǒng)如何分辨遙遠恒星周圍的行星。”

　　

　　開辟觀測新視角

　　

　　顧名思義，神經(jīng)網(wǎng)絡，是基于人類大腦工作的原理而構造的。人類可以訓練神經(jīng)網(wǎng)絡，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行分類。

　　

　　Shallue訓練了一個神經(jīng)網(wǎng)絡，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與德州大學的Andrew Vanderburg，讓這個系統(tǒng)仔細檢查了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、人工無法處理的信號。在這些信號中，神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)識別出了兩顆新行星。研究結果發(fā)表在了《天文學期刊》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，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”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)絡系統(tǒng)，看看有何結果。

　　

　　但是，現(xiàn)在不需要擔心電腦代替人類天文學家。

　　

　　美國宇航局的Jessie Dotson說：“這項工作絕對要與天文學家一同進行。永遠都不能排除這一點。你首先要有最初的分類，才能訓練機器學習，然后，它才能比人類處理更多的信號。”