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尋找外星人,機器人先行

2019-06-11 08:39:37北辰
科學24小時 2019年3期
關鍵詞:開普勒天文學家太陽系

北辰

浩瀚的宇宙中有很多恒星,大部分的恒星都擁有圍繞它運轉(zhuǎn)的行星?!霸谶@些行星上,不可能沒有生命”,抱著這樣的想法,寂寞的地球人開始在宇宙中尋找我們的同伴——外星人。在幾十年前,美國就發(fā)射了“旅行者號”探測器,攜帶著人類的信息飛往遙遠的太陽系之外。而且,人類還建立了很多規(guī)模龐大的射電望遠鏡陣列,準備接收外星人的信號。此外,很多項目還動員了全世界的電腦聯(lián)合起來,尋找外星人的蹤跡。研究理論也一步步升級,有研究者認為,在無線電波段接受外星人信號不大可能,需要在激光領域接受它們的訊號。

但是,這一切行為都存在一個認識誤區(qū):外星人已經(jīng)發(fā)展出相應的科技,跟我們的文明程度差不多,也進入了電子時代。實際上,更大的可能是,外星人沒有那么高的科技水平,甚至外星人還處在原始階段,我們這樣瞎忙活根本毫無作用。

于是,人類尋找外星人的過程開始切換成了另一種模式,那就是尋找恒星的行星。外星生命必須要生活在行星上,我們可以尋找這樣的行星,然后再仔細研究它是否具有生命存在的必須條件,這不僅有利于我們尋找外星人,還可以為地球人找尋到另一個家園。為此,美國發(fā)射了開普勒太空望遠鏡,這是一個專門尋找“地外家園”的望遠鏡。自2009年發(fā)射升空的開普勒太空望遠鏡,在2013年因故障無法修復后,美國科學家并沒有放棄它,而是繼續(xù)利用它在太空中發(fā)揮科學研究的價值,現(xiàn)在它已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3500多顆日外行星。

這僅僅是初步的工作,找到外星人的路途仍舊遙遠,現(xiàn)在天文學家都認識到,這一切工作量巨大,不論從精力還是能力上來說都力不從心,需要請機器人來幫忙。

機器人助力天文觀察

天上能看到的幾乎都是恒星,它們長期不會移動位置;但小行星就不同了,它們在天空中可以很快地移動,當然用肉眼還是看不到的,只有借助望遠鏡才行。幾十年前,科學家使用照相技術尋找小行星,他們利用安裝在天文望遠鏡上的照相機給星空拍照,然后拿出原先的星圖進行對比,就會發(fā)現(xiàn)小行星留下的一條運行痕跡,從而發(fā)現(xiàn)小行星。顯然使用此法尋找小行星是很費精力的,而相關的電腦軟件可以很容易地找出哪些是小行星。

多年以來,很多天文望遠鏡都參與了研究日外行星的行列,因而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)多得無法計數(shù)。面對這些浩如煙海的技術參數(shù),天文學家也是一籌莫展,他們也需要求助于軟件,軟件可以幫助他們分析這些數(shù)據(jù),很快地找到目標。

這些軟件就相當于機器人,相關的專業(yè)軟件就相當于它們的專業(yè)技能,它們在相關領域大展身手,成了這個領域的“專家”。

其中,最需要處理的是開普勒太空望遠鏡采集到的數(shù)據(jù)。開普勒太空望遠鏡是專門為尋找太陽系以外的行星研發(fā)的,它利用行星凌星機會來尋找行星,當行星在環(huán)繞恒星的運動中遮住恒星光芒的時候,它就會發(fā)現(xiàn)這個恒星的光度變化。這個變化雖然僅僅只有萬分之一,但它卻能抓住這個短暫的機會,識別出圍繞這個恒星運轉(zhuǎn)的行星。當然,這僅僅是簡單的識別,只能把這個數(shù)據(jù)記錄下來呈報給天文學家,更重要的是等待著科學家們進一步的數(shù)據(jù)挖掘。

不過,如果某顆恒星有兩顆或以上行星,那么該恒星的光變曲線就會非常復雜,相關的專業(yè)軟件也無能為力。因為它們是機器人的祖先,是比較原始的機器人,不會學習,只能做一些簡單的工作。

即便如此,它們也是不可或缺的。

訓練機器人來當天文學專家,在天文觀測的很多領域,都有大量的機器人在工作。望遠鏡對著天空掃描觀測是一種很乏味的工作,因為絕大多數(shù)星空都沒什么變化,只有變化的東西才能引起天文學家的注意,天文學家才會介入,去進一步研究究竟發(fā)生了什么。

開普勒-90行星系統(tǒng)大小尺寸比較

科學家希望機器人能從事更加復雜的工作,除了能發(fā)現(xiàn)變化,它們最好還應該能判斷出究竟發(fā)生了什么樣的變化,這就需要它們跟人類一樣具備判斷和學習的能力,我們把這種機器人稱作“人工智能”。人工智能機器人是對人類意識和思維等信息過程的模擬,能像人類那樣“思考”,甚至在專項領域有超過人類智商的表現(xiàn)。

在人工智能領域,美國谷歌公司走在了全球的前列。沙律是谷歌公司的高級軟件工程師,分管人工智能項目。他得知天文學領域有很多需要處理的數(shù)據(jù),常令天文學家顧此失彼,于是他誓要把機器人訓練成為“天文專家”,切實減輕天文學家的工作強度。

按照計劃,沙律首先需要指導機器人學習開普勒太空望遠鏡尋找到行星的成功案例。開普勒太空望遠鏡在長達4年的運行期間,收集到大量行星信號的數(shù)據(jù)。其中有1.5萬個信號已經(jīng)被確認,天文學家從這些信號中找到了行星,這就是成功的案例。

當然機器人的學習成績是很優(yōu)秀的,它的判斷正確率達到了96%以上。表面上來看,這并不是個滿分的成績,但實際情況是,它的能力已經(jīng)超越了天文學家的能力。它學習的這些資料都已經(jīng)封存了,也就是說被研究過了,天文學家認為里面沒有什么有價值的信息了。但是,機器人卻從這些已經(jīng)廢棄的資料中發(fā)現(xiàn)了被忽視的信號,找到了一顆新的行星,這顆行星等于是從垃圾堆里被找出來的。

原來,行星在圍繞恒星運行的時候,也會導致恒星發(fā)生輕微的搖擺運動,單個行星導致恒星發(fā)生的搖擺運動很明顯,但多個行星就會讓恒星的搖擺運動變得復雜。行星越多,恒星的搖擺運動也就越復雜,會讓天文學家無法分辨,但機器人能夠勝任這項工作。

機器人發(fā)現(xiàn)新太陽系

機器人發(fā)現(xiàn)的這顆行星在天龍座方向,位于距離地球2545光年的遠處,經(jīng)天文學家確認后被命名為“開普勒-90i”。而這個行星系統(tǒng)被命名為“開普勒-90”。

此前,人類已經(jīng)知道這里存在著7顆行星,但是科學家們忽略了其中的一些信號,是人工智能機器人發(fā)現(xiàn)了這些被忽略的信號。在這個行星系統(tǒng)中找到了“開普勒-90i”,使之成為了擁有8顆行星的行星系。

于是,人們驚呼人工智能機器人找到了另一個太陽系。太陽系有八大行星,也就是在這八大行星之中,存在著孕育了我們生命的地球,但是,外太空的類似太陽系的行星系一直沒有出現(xiàn)。雖然“開普勒-90星系”是條件最接近太陽系的行星系,但各方面的條件還是有很大的差距。

開普勒望遠鏡發(fā)現(xiàn)的行星系

“開普勒-90i”是一顆小質(zhì)量的巖石行星,比地球大約大出30%,由于距離恒星很近,公轉(zhuǎn)周期僅有大約14.4天,也正是因為距離近,它的表面溫度也很高,能達到800℃以上。天文學家不認為這是太陽系的翻版,可以被看成是一個迷你版的小太陽系。

這顆行星的發(fā)現(xiàn)是人工智能領域的一大進步,機器人能從被廢棄的資料中找到可疑的信號,并且從可疑的信號中識別出一顆行星,這種本領甚至可以說超越了天文學家的能力。

經(jīng)過訓練的機器人取得的成績并不僅僅只是找到了這一顆行星,它還取得了其他成績。比如,在“開普勒-80”系統(tǒng)中,天文學家本來已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5顆行星,但是機器人卻在這個系統(tǒng)中找出另外一顆編號為“開普勒-80g”的行星,它也是一顆跟地球差不多大小的行星。

這臺機器人發(fā)現(xiàn)的行星都是來自比較復雜的行星系統(tǒng),這些行星系統(tǒng)中恒星的光變曲線極其復雜,找出前幾顆行星已經(jīng)很不容易,余下的行星信息會被淹沒在復雜的信號中。一般天文學家面對這么復雜的曲線會一籌莫展,而機器人就是具有這種超凡的能力,憑借自己的理性分析,找出不易被發(fā)現(xiàn)的行星。

尋找外星人,這是一個龐大的課題,仔細劃分可以分解出很多種工作。發(fā)現(xiàn)日外行星需要機器人對巨量的數(shù)據(jù)進行分析處理。至于外星人發(fā)射出的信號,也就是射電望遠鏡取得的數(shù)據(jù)資料,也需要讓位于機器人進行分析判斷。天文觀測分析這種極為枯燥乏味的工作,也許不久之后就要被人工智能機器人所取代。

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