美國(guó)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(néng)，用于在望遠鏡收集的巨量數據中進(jìn)行篩選，結果還(hái)真的發(fā)現了一個全新的星球。
這(zhè)顆新發(fā)現的行星編号爲“開(kāi)普勒-90i(Kepler-90i)”，此前一直隐藏在美國(guó)宇航局開(kāi)普勒探測器收集的數據中。這(zhè)顆行星距離地球約2500光年，它與另外7顆行星一起(qǐ)圍繞著(zhe)一顆恒星公轉，因此，開(kāi)普勒-90系統，與我們所在的太陽系有許多相似之處。
“開(kāi)普勒已經(jīng)像我們證明，多數恒星都(dōu)擁有行星。”美國(guó)宇航局的Paul Hertz在宣布這(zhè)一發(fā)現的新聞發(fā)布會(huì)上說(shuō)道(dào)。如今，開(kāi)普勒已經(jīng)證實，恒星可以與我們的太陽系一樣(yàng)，擁有龐大的行星家族。
在新聞發(fā)布會(huì)之前的幾天裡(lǐ)，有媒體瘋傳可能(néng)探測到了外星生命。毫無意外，這(zhè)個消息完全不靠譜，但是，它卻從側面(miàn)證明，機器學(xué)習能(néng)夠幫助我們更多地了解整個星系中可能(néng)令人激動的星球。
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(zhe)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(guò)恒星前面(miàn)時(shí)，對(duì)恒星所産生的微小遮擋。當科學(xué)家在數據中發(fā)現此類微小信号時(shí)，就(jiù)能(néng)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)确認了2525顆行星，其數據中還(hái)有更多行星有待發(fā)現。但是，想要确認一顆行星并非易事(shì)。對(duì)人類而言，人工梳理巨量的開(kāi)普勒數據是一項不可完成(chéng)的任務，因爲這(zhè)些數據中包含有10的8次方個潛在的行星軌道(dào)。此外，恒星光線的變弱，并不一定全是行星所爲：恒星黑子、雙星及其它天體都(dōu)有可能(néng)産生與行星掩住恒星一樣(yàng)的效果。
正因如此，谷歌人工智能(néng)部門的Chris Shallue決定利用神經(jīng)網絡來解決這(zhè)一難題。此前，機器學(xué)習的方式已經(jīng)被(bèi)用于篩選、分類普勒的數據，但是，Shallue的神經(jīng)網絡能(néng)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(zhè)麼(me)多的數據，科學(xué)家們無法全靠人工進(jìn)行審查時(shí)，我就(jiù)想把神經(jīng)網絡用于天文學(xué)。我們的想法是，把這(zhè)一技術用于星空，教會(huì)機器的學(xué)習系統如何分辨遙遠恒星周圍的行星。”
開(kāi)辟觀測新視角
顧名思義，神經(jīng)網絡，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)網絡，讓它們識别和分類事(shì)物，比如分辨狗與貓的照片有何區别。最終，在看過(guò)足夠的樣(yàng)本之後(hòu)，電腦就(jiù)能(néng)夠自己將(jiāng)貓和狗進(jìn)行分類。
Shallue訓練了一個神經(jīng)網絡，識别行星的獨特“指紋”。他從開(kāi)普勒數據庫中提取出15000個真實的行星特征，讓神經(jīng)網絡系統辨别真實行星的信号與僞裝成(chéng)行星的信号之間的差異。
之後(hòu)便是實戰驗證階段。Shallue與德州大學(xué)的Andrew Vanderburg，讓這(zhè)個系統仔細檢查了670顆已知擁有行星的恒星，因爲在這(zhè)些恒星周圍可能(néng)存在更多顆行星。
然後(hòu)，他們向(xiàng)系統輸入不夠強、人工無法處理的信号。在這(zhè)些信号中，神經(jīng)網絡系統識别出了兩(liǎng)顆新行星。研究結果發(fā)表在了《天文學(xué)期刊》上。
“這(zhè)兩(liǎng)顆星星的信号很弱，此前的所有搜尋都(dōu)錯過(guò)了它們。”Shallue說(shuō)道(dào)。
仍需探索新領域
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更小、更紅。
神經(jīng)網絡還(hái)找出了“開(kāi)普勒-90i”。這(zhè)顆行星比地球稍大，公轉一周需要兩(liǎng)個星期的時(shí)間，是所在恒星系中發(fā)現的第三顆岩質行星，而其母恒星比我們的太陽稍大且更熱。在開(kāi)普勒-90i内側，還(hái)有兩(liǎng)顆較小的行星，而在其外側公轉的行星則要大得多。
這(zhè)些行星都(dōu)很大，但還(hái)都(dōu)“抱團”在一起(qǐ)：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(zhè)種(zhǒng)地方。它的地表很可能(néng)非常熾熱。我們通過(guò)計算，它的平均溫度約爲427攝氏度。”
他還(hái)補充說(shuō)，恒星開(kāi)普勒-90可能(néng)還(hái)有更多行星有待發(fā)現。他和Shallue計劃將(jiāng)開(kāi)普勒的所有數據都(dōu)輸入神經(jīng)網絡系統，看看有何結果。
但是，現在不需要擔心電腦代替人類天文學(xué)家。
美國(guó)宇航局的Jessie Dotson說(shuō)：“這(zhè)項工作絕對(duì)要與天文學(xué)家一同進(jìn)行。永遠都(dōu)不能(néng)排除這(zhè)一點。你首先要有最初的分類，才能(néng)訓練機器學(xué)習，然後(hòu)，它才能(néng)比人類處理更多的信号。”
