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寻找外星人,机器人先行

2019-06-11北辰

科学24小时 2019年3期
关键词:开普勒天文学家太阳系

北辰

浩瀚的宇宙中有很多恒星,大部分的恒星都拥有围绕它运转的行星。“在这些行星上,不可能没有生命”,抱着这样的想法,寂寞的地球人开始在宇宙中寻找我们的同伴——外星人。在几十年前,美国就发射了“旅行者号”探测器,携带着人类的信息飞往遥远的太阳系之外。而且,人类还建立了很多规模庞大的射电望远镜阵列,准备接收外星人的信号。此外,很多项目还动员了全世界的电脑联合起来,寻找外星人的踪迹。研究理论也一步步升级,有研究者认为,在无线电波段接受外星人信号不大可能,需要在激光领域接受它们的讯号。

但是,这一切行为都存在一个认识误区:外星人已经发展出相应的科技,跟我们的文明程度差不多,也进入了电子时代。实际上,更大的可能是,外星人没有那么高的科技水平,甚至外星人还处在原始阶段,我们这样瞎忙活根本毫无作用。

于是,人类寻找外星人的过程开始切换成了另一种模式,那就是寻找恒星的行星。外星生命必须要生活在行星上,我们可以寻找这样的行星,然后再仔细研究它是否具有生命存在的必须条件,这不仅有利于我们寻找外星人,还可以为地球人找寻到另一个家园。为此,美国发射了开普勒太空望远镜,这是一个专门寻找“地外家园”的望远镜。自2009年发射升空的开普勒太空望远镜,在2013年因故障无法修复后,美国科学家并没有放弃它,而是继续利用它在太空中发挥科学研究的价值,现在它已经发现了3500多颗日外行星。

这仅仅是初步的工作,找到外星人的路途仍旧遥远,现在天文学家都认识到,这一切工作量巨大,不论从精力还是能力上来说都力不从心,需要请机器人来帮忙。

机器人助力天文观察

天上能看到的几乎都是恒星,它们长期不会移动位置;但小行星就不同了,它们在天空中可以很快地移动,当然用肉眼还是看不到的,只有借助望远镜才行。几十年前,科学家使用照相技术寻找小行星,他们利用安装在天文望远镜上的照相机给星空拍照,然后拿出原先的星图进行对比,就会发现小行星留下的一条运行痕迹,从而发现小行星。显然使用此法寻找小行星是很费精力的,而相关的电脑软件可以很容易地找出哪些是小行星。

多年以来,很多天文望远镜都参与了研究日外行星的行列,因而产生的数据多得无法计数。面对这些浩如烟海的技术参数,天文学家也是一筹莫展,他们也需要求助于软件,软件可以帮助他们分析这些数据,很快地找到目标。

这些软件就相当于机器人,相关的专业软件就相当于它们的专业技能,它们在相关领域大展身手,成了这个领域的“专家”。

其中,最需要处理的是开普勒太空望远镜采集到的数据。开普勒太空望远镜是专门为尋找太阳系以外的行星研发的,它利用行星凌星机会来寻找行星,当行星在环绕恒星的运动中遮住恒星光芒的时候,它就会发现这个恒星的光度变化。这个变化虽然仅仅只有万分之一,但它却能抓住这个短暂的机会,识别出围绕这个恒星运转的行星。当然,这仅仅是简单的识别,只能把这个数据记录下来呈报给天文学家,更重要的是等待着科学家们进一步的数据挖掘。

不过,如果某颗恒星有两颗或以上行星,那么该恒星的光变曲线就会非常复杂,相关的专业软件也无能为力。因为它们是机器人的祖先,是比较原始的机器人,不会学习,只能做一些简单的工作。

即便如此,它们也是不可或缺的。

训练机器人来当天文学专家,在天文观测的很多领域,都有大量的机器人在工作。望远镜对着天空扫描观测是一种很乏味的工作,因为绝大多数星空都没什么变化,只有变化的东西才能引起天文学家的注意,天文学家才会介入,去进一步研究究竟发生了什么。

开普勒-90行星系统大小尺寸比较

科学家希望机器人能从事更加复杂的工作,除了能发现变化,它们最好还应该能判断出究竟发生了什么样的变化,这就需要它们跟人类一样具备判断和学习的能力,我们把这种机器人称作“人工智能”。人工智能机器人是对人类意识和思维等信息过程的模拟,能像人类那样“思考”,甚至在专项领域有超过人类智商的表现。

在人工智能领域,美国谷歌公司走在了全球的前列。沙律是谷歌公司的高级软件工程师,分管人工智能项目。他得知天文学领域有很多需要处理的数据,常令天文学家顾此失彼,于是他誓要把机器人训练成为“天文专家”,切实减轻天文学家的工作强度。

按照计划,沙律首先需要指导机器人学习开普勒太空望远镜寻找到行星的成功案例。开普勒太空望远镜在长达4年的运行期间,收集到大量行星信号的数据。其中有1.5万个信号已经被确认,天文学家从这些信号中找到了行星,这就是成功的案例。

当然机器人的学习成绩是很优秀的,它的判断正确率达到了96%以上。表面上来看,这并不是个满分的成绩,但实际情况是,它的能力已经超越了天文学家的能力。它学习的这些资料都已经封存了,也就是说被研究过了,天文学家认为里面没有什么有价值的信息了。但是,机器人却从这些已经废弃的资料中发现了被忽视的信号,找到了一颗新的行星,这颗行星等于是从垃圾堆里被找出来的。

原来,行星在围绕恒星运行的时候,也会导致恒星发生轻微的摇摆运动,单个行星导致恒星发生的摇摆运动很明显,但多个行星就会让恒星的摇摆运动变得复杂。行星越多,恒星的摇摆运动也就越复杂,会让天文学家无法分辨,但机器人能够胜任这项工作。

机器人发现新太阳系

机器人发现的这颗行星在天龙座方向,位于距离地球2545光年的远处,经天文学家确认后被命名为“开普勒-90i”。而这个行星系统被命名为“开普勒-90”。

此前,人类已经知道这里存在着7颗行星,但是科学家们忽略了其中的一些信号,是人工智能机器人发现了这些被忽略的信号。在这个行星系统中找到了“开普勒-90i”,使之成为了拥有8颗行星的行星系。

于是,人们惊呼人工智能机器人找到了另一个太阳系。太阳系有八大行星,也就是在这八大行星之中,存在着孕育了我们生命的地球,但是,外太空的类似太阳系的行星系一直没有出现。虽然“开普勒-90星系”是条件最接近太阳系的行星系,但各方面的条件还是有很大的差距。

开普勒望远镜发现的行星系

“开普勒-90i”是一颗小质量的岩石行星,比地球大约大出30%,由于距离恒星很近,公转周期仅有大约14.4天,也正是因为距离近,它的表面温度也很高,能达到800℃以上。天文学家不认为这是太阳系的翻版,可以被看成是一个迷你版的小太阳系。

这颗行星的发现是人工智能领域的一大进步,机器人能从被废弃的资料中找到可疑的信号,并且从可疑的信号中识别出一颗行星,这种本领甚至可以说超越了天文学家的能力。

经过训练的机器人取得的成绩并不仅仅只是找到了这一颗行星,它还取得了其他成绩。比如,在“开普勒-80”系统中,天文学家本来已经发现了5颗行星,但是机器人却在这个系统中找出另外一颗编号为“开普勒-80g”的行星,它也是一颗跟地球差不多大小的行星。

这台机器人发现的行星都是来自比较复杂的行星系统,这些行星系统中恒星的光变曲线极其复杂,找出前几颗行星已经很不容易,余下的行星信息会被淹没在复杂的信号中。一般天文学家面对这么复杂的曲线会一筹莫展,而机器人就是具有这种超凡的能力,凭借自己的理性分析,找出不易被發现的行星。

寻找外星人,这是一个庞大的课题,仔细划分可以分解出很多种工作。发现日外行星需要机器人对巨量的数据进行分析处理。至于外星人发射出的信号,也就是射电望远镜取得的数据资料,也需要让位于机器人进行分析判断。天文观测分析这种极为枯燥乏味的工作,也许不久之后就要被人工智能机器人所取代。

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