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人工智能發現50個新行星,其中一個大如海王星

ROBERT HACKETT
2020-08-26

這是有史以來第一次將人工智能技術應用于天文學領域。

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17世紀,意大利天文學家伽利略發明了世界上第一臺望遠鏡,也由此第一次觀察到了月球上的山脈,土星的光環和環繞木星的衛星。今天,天文學家們依舊在向外太空探索,而不斷進步的科技也為他們提供了更多新式武器。

最近,由英國華威大學的大衛?阿姆斯特朗(David Armstrong)領導的研究團隊開發了一項新的機器學習算法,可以從NASA的數據中識別出“系外行星”——即太陽系外的行星。該團隊已通過這一工具對一批“潛在行星”進行了識別,并從這些天體中確認出了50個新的行星,這也是有史以來第一次將人工智能技術應用于天文學領域。

該研究的論文發表在《皇家天文學會月刊》上。作者在摘要中寫道:“我們的模型只要短短幾秒就能對數千個肉眼看不見的‘候選行星’進行識別,確認其是否真的是行星。”考慮到許多天文學數據庫的規模都大得驚人,該方法能大大提高人們探索世界的效率。

此前,科學家們——包括那些受雇于谷歌的科學家,就已經通過機器學習來識別可能存在的系外行星。然而,這項新實驗仍有著開創性的意義——標志著科學家們首次將機器學習用于“驗證”這一步,離最終結果的確認又近了一些,也因此涉及額外的數據計算。

這一算法的原理是將真假行星區分開來。阿姆斯特朗在一份聲明中說:“我們現在不僅能說哪些候選行星‘更可能’是行星,而是可以用確切的數據說明這種可能性有多大:如果候選天體是‘假行星’的可能性小于1%,就可以被確認為是真正的行星。”

研究人員表示,科學家們識別出的行星大小各異:最大的和海王星差不多大,也有的比地球還小。它們圍繞各自恒星的公轉時長也不等,有的持續200天,也有的不到一天。

通過觀察那些遙遠恒星亮度的波動情況,天文學家們便能找出潛在的系外行星。如果恒星的亮度存在周期性的明暗變化,則表明其周圍可能存在行星之類的繞行者。但據此判斷也可能出現偏差,例如這種情況也可能是小行星等其他天體造成的,這就有了一定的欺騙性。

NASA曾開展過一項著名的“開普勒任務”,來探索那些繞遙遠恒星運行的類地行星。如今,該任務已經終止,但研究人員仍能利用其已解析的數據庫來訓練他們的算法。一旦算法學會了如何辨認哪些是真行星、哪些是假行星,科學家就向它提供那些尚未確認的“候選行星”的數據。結果表明,在被識別的天體中,有50個通過驗證,被確認為是新的行星。

這一人工智能技術也可以用來分析其他太空探測器收集到的數據——包括NASA于2018年4月發射的“凌日系外行星勘測衛星”(TESS)。該計劃團隊已于今夏完成了這場為期兩年的調查的主要任務,發現了66顆新的系外行星和2100顆有待進確認的“候選系外行星”。

科學家說,除了TESS,這項新工具還可以用在歐洲航天局即將進行的PLATO計劃中——該計劃也旨在探索行星繞行狀況和恒星波動狀況。研究者指出,“由于觀察到的目標天體數量龐大,這種自動化算法就顯得十分必要。”

華威大學計算機系教授、論文的另一位作者西奧?達穆拉斯(Theo Damoulas)說,這一人工智能技術“特別適合用來解決天體物理學中像‘行星探測’這類令人振奮的問題”。(財富中文網)

編譯:陳聰聰

17世紀,意大利天文學家伽利略發明了世界上第一臺望遠鏡,也由此第一次觀察到了月球上的山脈,土星的光環和環繞木星的衛星。今天,天文學家們依舊在向外太空探索,而不斷進步的科技也為他們提供了更多新式武器。

最近,由英國華威大學的大衛?阿姆斯特朗(David Armstrong)領導的研究團隊開發了一項新的機器學習算法,可以從NASA的數據中識別出“系外行星”——即太陽系外的行星。該團隊已通過這一工具對一批“潛在行星”進行了識別,并從這些天體中確認出了50個新的行星,這也是有史以來第一次將人工智能技術應用于天文學領域。

該研究的論文發表在《皇家天文學會月刊》上。作者在摘要中寫道:“我們的模型只要短短幾秒就能對數千個肉眼看不見的‘候選行星’進行識別,確認其是否真的是行星?!笨紤]到許多天文學數據庫的規模都大得驚人,該方法能大大提高人們探索世界的效率。

此前,科學家們——包括那些受雇于谷歌的科學家,就已經通過機器學習來識別可能存在的系外行星。然而,這項新實驗仍有著開創性的意義——標志著科學家們首次將機器學習用于“驗證”這一步,離最終結果的確認又近了一些,也因此涉及額外的數據計算。

這一算法的原理是將真假行星區分開來。阿姆斯特朗在一份聲明中說:“我們現在不僅能說哪些候選行星‘更可能’是行星,而是可以用確切的數據說明這種可能性有多大:如果候選天體是‘假行星’的可能性小于1%,就可以被確認為是真正的行星。”

研究人員表示,科學家們識別出的行星大小各異:最大的和海王星差不多大,也有的比地球還小。它們圍繞各自恒星的公轉時長也不等,有的持續200天,也有的不到一天。

通過觀察那些遙遠恒星亮度的波動情況,天文學家們便能找出潛在的系外行星。如果恒星的亮度存在周期性的明暗變化,則表明其周圍可能存在行星之類的繞行者。但據此判斷也可能出現偏差,例如這種情況也可能是小行星等其他天體造成的,這就有了一定的欺騙性。

NASA曾開展過一項著名的“開普勒任務”,來探索那些繞遙遠恒星運行的類地行星。如今,該任務已經終止,但研究人員仍能利用其已解析的數據庫來訓練他們的算法。一旦算法學會了如何辨認哪些是真行星、哪些是假行星,科學家就向它提供那些尚未確認的“候選行星”的數據。結果表明,在被識別的天體中,有50個通過驗證,被確認為是新的行星。

這一人工智能技術也可以用來分析其他太空探測器收集到的數據——包括NASA于2018年4月發射的“凌日系外行星勘測衛星”(TESS)。該計劃團隊已于今夏完成了這場為期兩年的調查的主要任務,發現了66顆新的系外行星和2100顆有待進確認的“候選系外行星”。

科學家說,除了TESS,這項新工具還可以用在歐洲航天局即將進行的PLATO計劃中——該計劃也旨在探索行星繞行狀況和恒星波動狀況。研究者指出,“由于觀察到的目標天體數量龐大,這種自動化算法就顯得十分必要。”

華威大學計算機系教授、論文的另一位作者西奧?達穆拉斯(Theo Damoulas)說,這一人工智能技術“特別適合用來解決天體物理學中像‘行星探測’這類令人振奮的問題”。(財富中文網)

編譯:陳聰聰

In the 17th century, when Galileo first spied the moon's mountains, rings encircling Saturn, and satellites orbiting Jupiter, an early telescope of his own making aided his eye. Now astronomers are adding a new tool to their arsenal.

A team of researchers led by David Armstrong at the University of Warwick in the UK recently trained a machine-learning algorithm to identify "exoplanets"—that is, planets outside our solar system—from NASA data. The team used the tool to confirm 50 new potential planets, a first for artificial intelligence as applied to astronomy.

"Our models can validate thousands of unseen candidates in seconds," the study's authors wrote in the abstract to their paper, which appears in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Given the gargantuan size of many astronomical datasets, the method could greatly boost the speed of discovery for world-hunting.

Scientists, including ones employed by Google, previously used machine learning to identify possible exoplanets. The new experiment represents, however, the first time scientists have applied machine learning to "validation," a further step toward confirming results that involves additional statistical calculation.

The trick is to separate real planets from fake-outs. "Rather than saying which candidates are more likely to be planets, we can now say what the precise statistical likelihood is," Armstrong said in a statement. "Where there is less than a 1% chance of a candidate being a false positive, it is considered a validated planet."

The planets plucked out by the scientists' program range from Neptune-size to smaller than Earth, the researchers said. The duration of their sojourns around their respective stars last anywhere from 200 days to as little as a single day.

Astronomers seek out potential exoplanets by looking for fluctuations in the brightness of distant stars. Periodic dimming of starlight could indicate the presence of orbiting passersby, like planets. But aberrations and other celestial objects, like asteroids, can be deceptive.

The researchers trained their algorithm on already-parsed datasets collected by NASA's retired, planet-hunting Kepler mission. Once the algorithm got the hang of telling confirmed planets from false positives, the scientists fed it data containing as yet unconfirmed planetary candidates. The result: 50 new planets passed muster.

The A.I. technique could be applied to data collected by other space probes. That includes NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite, launched in April 2018. The team behind that telescope wrapped up its primary mission, a two year-long survey, this summer after finding 66 new exoplanets and 2,100 candidate exoplanets.

The scientists say their tool can work with TESS as well as the European Space Agency's upcoming PLATO mission, which stands for "planetary transits and oscillations of stars." The authors note "the large number of observed targets necessitates the use of automated algorithms."

The University of Warwick's Theo Damoulas, a computer science professor and another author of the paper, said that A.I. techniques "are especially suited for an exciting problem like this in astrophysics."

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