人工智能顯神威：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)2500光年外迷你太陽(yáng)系

隨著第八顆行星被發(fā)現(xiàn)，開(kāi)普勒90系統(tǒng)成為首個(gè)在行星數(shù)量上與太陽(yáng)系達(dá)到同一水平的系外行星系統(tǒng)

北京時(shí)間今天凌晨2：00，美國(guó)宇航局對(duì)外舉行新聞發(fā)布會(huì)，正式宣布在一個(gè)恒星周?chē)l(fā)現(xiàn)有8顆行星組成的行星系統(tǒng)。

在此之前，我們生活的太陽(yáng)系一直以來(lái)都是圍繞單個(gè)恒星周?chē)阎行菙?shù)量最多的案例，有多達(dá)8顆行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)行。但隨著今天發(fā)布會(huì)上宣布的消息，我們了解到在2545光年之外，在一個(gè)名為“開(kāi)普勒90”（Kepler-90）的恒星周?chē)兄瑯訑?shù)量的行星。

利用美國(guó)宇航局開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡獲得的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家在近期發(fā)現(xiàn)了這個(gè)系統(tǒng)中隱藏的第八個(gè)行星，從而讓這一系統(tǒng)中行星體的數(shù)量達(dá)到了與太陽(yáng)系相同的水平。

開(kāi)普勒90系統(tǒng)與太陽(yáng)系的對(duì)比

本次新發(fā)現(xiàn)的系外行星名為Kepler-90i，這是一顆小質(zhì)量的巖石行星，由于距離恒星很近，公轉(zhuǎn)周期僅有大約14.4天，因此可以想象其地表溫度極高。本次發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)亮點(diǎn)在于，這一成果是借助谷歌公司的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的本質(zhì)在于計(jì)算機(jī)通過(guò)人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)“自我學(xué)習(xí)”。在這一案例中，計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)了如何對(duì)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡獲得的海量數(shù)據(jù)中搜尋疑似的系外行星信號(hào)。

美國(guó)宇航局天體物理學(xué)部門(mén)主管保羅·赫茲（Paul Hertz）表示：“正如我們所料，在我們之前已經(jīng)分析過(guò)的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)中仍然隱藏著令人興奮的新發(fā)現(xiàn)，等待著采用合適的新工具或者新技術(shù)去揭示它。”他說(shuō)：“這一發(fā)現(xiàn)表明我們的這些數(shù)據(jù)在未來(lái)多年內(nèi)都將是開(kāi)展創(chuàng)新研究的珍貴寶藏。”

美國(guó)宇航局的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡會(huì)記錄系外行星從恒星前方經(jīng)過(guò)導(dǎo)致的恒星亮度輕微下降現(xiàn)象，這種亮度下降信號(hào)可以讓科學(xué)家們間接推算出行星的存在以及這顆行星的很多物理性質(zhì)。在這次發(fā)現(xiàn)中，研究人員克里斯托佛·沙律（Christopher Shallue）和安德魯·范德伯格（Andrew Vanderburg）訓(xùn)練一臺(tái)計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)如何去對(duì)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡獲得的海量恒星亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并從中檢測(cè)那些可能暗示有系外行星存在的異常信號(hào)。受到人腦中神經(jīng)元之間連接方式的啟發(fā)，科學(xué)家利用人工“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大計(jì)算能力對(duì)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡獲取的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化篩選，并最終在已經(jīng)被歸檔的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)此前在進(jìn)行人工分析時(shí)被忽略的微弱異常信號(hào)，最終證明這是天龍座方向上，恒星開(kāi)普勒-90周?chē)嬖诘牡诎祟w行星。

事實(shí)上，在此之前機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)就已經(jīng)被運(yùn)用于對(duì)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)庫(kù)的分析當(dāng)中，相關(guān)研究已經(jīng)顯示出其在查詢海量數(shù)據(jù)中隱藏的細(xì)微信號(hào)方面所具備的優(yōu)勢(shì)。

盡管行星數(shù)量相同，但是從這張軌道示意圖上可以清楚看到，開(kāi)普勒90系統(tǒng)的范圍要小得多，幾乎就像迷你版的太陽(yáng)系。其最外側(cè)的那顆行星的軌道才幾乎達(dá)到地球軌道的半徑距離

相比開(kāi)普勒90系統(tǒng)，其他行星系統(tǒng)或許在孕育生命方面會(huì)更加有優(yōu)勢(shì)。此次發(fā)現(xiàn)的新的系外行星Kepler-90i比地球大約大出30%，它距離恒星很近，其地表溫度據(jù)估算可以達(dá)到800K以上（約合526攝氏度）以上。而最外側(cè)的行星Kepler-90h圍繞恒星公轉(zhuǎn)的軌道距離則與地球接近。

范德伯格是美國(guó)宇航局薩根博士后研究員，來(lái)自德州大學(xué)奧斯汀分校。他說(shuō)：“開(kāi)普勒90系統(tǒng)就像迷你版本的太陽(yáng)系。你會(huì)發(fā)現(xiàn)較小的行星在里側(cè)，而較大的行星在外側(cè)，但整個(gè)行星系的尺度好像被壓縮了，成了一個(gè)迷你版本。”

沙律是谷歌公司下屬“谷歌人工智能”（Google AI）的高級(jí)軟件工程師，他想到利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。他在了解到天文學(xué)正和其他學(xué)科一樣，隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷升級(jí)，開(kāi)始陷入被海量數(shù)據(jù)淹沒(méi)，難以招架的地步之后，開(kāi)始對(duì)系外行星搜尋產(chǎn)生濃厚興趣并開(kāi)始思考如何運(yùn)用自己掌握的計(jì)算機(jī)技術(shù)知識(shí)來(lái)幫助天文學(xué)家們應(yīng)對(duì)這一困境。

沙律表示：“在我的業(yè)余時(shí)間，我開(kāi)始在網(wǎng)絡(luò)上檢索諸如‘運(yùn)用大數(shù)據(jù)搜尋系外行星’之類(lèi)的話題，然后很快注意到開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目和對(duì)外公開(kāi)發(fā)布的海量數(shù)據(jù)。”他說(shuō)：“當(dāng)數(shù)據(jù)太多，人工分析難以招架時(shí) ，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的用武之地就來(lái)了。”

開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡在長(zhǎng)達(dá)4年的運(yùn)行期間收集的數(shù)據(jù)中包含有3.5萬(wàn)個(gè)可能的行星信號(hào)?？茖W(xué)家們運(yùn)用自動(dòng)化分析，在配合人工核對(duì)來(lái)對(duì)所有疑似信號(hào)進(jìn)行判讀。但在最微弱的信號(hào)面前，這樣的分析方法常常會(huì)將它們遺漏掉。沙律和范德伯格猜想，在已經(jīng)被分析過(guò)的存檔數(shù)據(jù)中，應(yīng)該還有隱藏其中的，在此前的分析中被遺漏的行星信號(hào)。

首先，他們使用此前已經(jīng)經(jīng)過(guò)篩選的1.5萬(wàn)個(gè)信號(hào)案例來(lái)訓(xùn)練一個(gè)計(jì)算機(jī)神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，讓它學(xué)會(huì)去識(shí)別開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)集中的行星掩星信號(hào)。在這一訓(xùn)練測(cè)試中，人工智能對(duì)于真實(shí)系外行星信號(hào)和假信號(hào)的判斷正確率達(dá)到了96%以上。隨后，當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何識(shí)別掩星信號(hào)之后，研究小組開(kāi)始嘗試讓計(jì)算機(jī)去對(duì)那些在周?chē)呀?jīng)發(fā)現(xiàn)有行星存在的670顆恒星的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行分析篩查，科學(xué)家們認(rèn)為這些已經(jīng)被證明存在行星系統(tǒng)的恒星周?chē)亲钣锌赡艽嬖?ldquo;漏網(wǎng)之魚(yú)”的地方，或許還有其他行星信號(hào)此前未能被注意到。

范德伯格表示：“我們發(fā)現(xiàn)了很多‘假陽(yáng)性’信號(hào)，但其中也可能隱藏著真實(shí)的信號(hào)。這就像翻遍各種小石塊，尋找真真的寶石的過(guò)程。如果你的篩子更好，你當(dāng)然會(huì)撈到更多的石塊，但與此同時(shí)你撈到寶石的可能性也在增加。”

Kepler-90i并非這一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)找到的唯一寶石。在開(kāi)普勒80系統(tǒng)中，他們還找到了這一系統(tǒng)內(nèi)的第六顆行星。這顆編號(hào)為Kepler-80g的系外行星大小與地球類(lèi)似，它和與它同屬一個(gè)行星系統(tǒng)的另外4顆行星處于一個(gè)共振系統(tǒng)內(nèi)。這樣將造就一個(gè)極為穩(wěn)定的系統(tǒng)，類(lèi)似之前引發(fā)轟動(dòng)的，擁有7顆行星的TRAPPIST-1系統(tǒng)。

有關(guān)這些發(fā)現(xiàn)的相關(guān)論文已經(jīng)被《天文學(xué)雜志》接受并將在近期出版。沙律和范德伯格下一步計(jì)劃讓人工智能系統(tǒng)對(duì)整個(gè)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選分析，屆時(shí)計(jì)算機(jī)將對(duì)超過(guò)15萬(wàn)顆恒星的亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行篩查。

開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在系外行星搜尋方面獲得了史無(wú)前例的大量數(shù)據(jù)。在緊盯一個(gè)區(qū)域進(jìn)行亮度測(cè)定超過(guò)4年之后，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡目前正處于其任務(wù)延長(zhǎng)期。

美國(guó)宇航局埃姆斯研究中心的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目科學(xué)家杰西·道特森（Jessie Dotson）表示：“這些結(jié)果顯示出開(kāi)普勒項(xiàng)目的持久價(jià)值。分析數(shù)據(jù)的嶄新方法，比如這一工作中對(duì)使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的初步研究，將持續(xù)加強(qiáng)我們對(duì)于圍繞其他恒星運(yùn)行的行星系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解。我非常確信，在這些數(shù)據(jù)中還將有更多的‘第一次’等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。”