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本文作者：今日头条
尹祥HES
2017-12-20 16:37
过去很长一段时间里，“地心说”都占据统治地位，它认为，地球处于宇宙的中心位置并且静止不动，太阳、月球、行星和其他卫星都围绕地球运转。
这一说法不但被世人奉为经典，后来更被教会所利用，成为上帝创造世界的理论支柱。
直到1543年，波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”。
由于这一学说摧毁了地球居于宇宙中心是上帝安排的神学宇宙观，因此引起了教会的惊恐和不安，哥白尼最终被教会判以火刑。
哥白尼画像
在探索外太空的道路上，人类从未停下好奇之心。行星是天文学家最早发现的天体之一。
大体来说，恒星是宇宙中最基本的成员，只会围绕着其所属星系的中心旋转。而行星就像“planet”这个词最初的含义“游荡的星星”一样，会围绕恒星公转。太阳系中就有八大行星，分别是金星、木星、水星、火星、土星、地球、天王星、海王星。
九大行星动态自转图
最近，美国航天局宣布了一个重大新闻：
通过分析开普勒太空望远镜的观测数据发现，在距离地球2545光年的开普勒-90星系中，又发现了第八颗行星！命名为——开普勒-90i。
这也使得开普勒-90星系与太阳系并列成为行星数量最多的星系，它就像一个“迷你太阳系”。
最重要的是，这颗名为开普勒-90i的行星是天文研究第一次使用了人工智能技术发现的。
NASA的科学家通过使用Google机器学习技术来对开普勒数据进行分析，效率和准确性上也远远超过传统的分析方法。
在了解AI是如何帮助天文学家工作前，我们先大致回顾一下开普勒太空望远镜的生平。
这架望远镜于2009年3月6日在美国佛罗里达州被发射升空，它直径约2.7米，长约4.7米，是世界上首个用于探测太阳系外类地行星的飞行器。
在“服役”的这些年里，开普勒在太阳系发现的候选行星已经将近5000颗，其中2500多颗已经被确定为真正的行星。这些星球中，大约50颗被认为是类似地球大小的宜居行星，其中超过30颗已获得确认。
开普勒太空望远镜
2013年，开普勒曾因故障一度被宣布报废，但在科学家的努力下，又重新在2014年5月得以“复活”，工作至今。
期间，开普勒望远镜主要有五大发现：
“地球2.0”开普勒452b
开普勒452b和地球对比图
2014 年，开普勒望远镜发现了被称为“地球2.0”的系外行星开普勒452b——这是开普勒计划发现的第452颗恒星的星系中距离主星最近的一颗行星，也是目前已知最接近地球的类地宜居带系外行星。
2015 年7 月23 日，NASA 正式公布这一迄今为止最大的发现，是人类天文探索史上的一个重要事件。
首次发现环双恒星运行的行星开普勒16(AB)b
开普勒16(AB)b
2011 年，开普勒首次发现一颗巨大行星环绕两颗恒星运行。这颗行星被命名为开普勒16(AB)b，它环绕着两颗恒星运行，定期有规律地出现光线昏暗现象。当两颗恒星彼此环绕时，也出现被遮挡形成的日食现象。
发现第一个可能宜居的系外行星
2011 年12 月5 日，NASA 宣布开普勒计划发现第一个位于类太阳恒星宜居带的太阳系外行星开普勒22b。该行星距离地球600 光年，尽管直径比地球大不少，但是它的轨道公转周期约为290 天，和地球相差不大。
开普勒22b
根据开普勒22b 在太空中的位置推断，其表面很可能存有液态水，如果幸运地拥有类似地球的地表与大气层，那么其地表温度推估大约会是在摄氏22 度左右，比较适宜生命生存。
史上最多宜居带类地行星的行星系统Trappist1
2017 年2 月22 日下午，NASA 宣布发现一个很特别的“太阳系”，这个行星系统中的恒星周围有7 颗地球尺寸大小的行星，很可能都是固态行星，表面可能有水。
其中3 颗行星可能处在宜居带范围内，表明其上面的温度刚刚好，可能存在液态水。这一发现也刷新了太阳系外恒星在宜居带范围内类地行星数量的记录。
超级地球LHS 1140b
2017 年4 月，开普勒望远镜发现一颗具备宜居条件的“类地行星”，是不到一年内发现的第5 颗系外宜居行星。这颗“超级地球”代号为LHS 1140b，属于多岩石行星，气候不太热也不太冷，距地球也不太远，其恒星离地球40 光年。
由此可见，这些年来，开普勒太空望远镜收集了大量的数据，观察了大约20万颗恒星，每30分钟拍摄一张照片，创造了约140亿个数据点。这140亿个数据点可以转化为约2万亿个可能的行星轨道。
对于这些数据，科学家们过去主要通过自动化软件或人工的方式找到那些信号强的行星——即便如此，这也是一个非常浩大的工程量，耗时且耗费人力。
此外，与恒星相比，太阳系外的行星不但体型小而且不发光，探寻难度非常大。
在数据太多无法用人力处理的情况下，机器学习的好处就凸显了出来。
新闻发布会上，Google AI 高级软件工程师Christopher Shallue与德州大学奥斯汀分校的天体物理学家Andrew Vanderburg，解释了他们是如何训练人工智能程序来识别遥远恒星周围的行星的，“谷歌使用的工具实际上与识别照片中猫和狗的工具是类似的”。
大体过程和原理如下：
1.首先，开普勒太空望远镜探测行星的方法为“凌日法”，就像动图中，如果一颗行星从母恒星前方横越时，恒星的视觉亮度会略微下降。
图中，这种呈U形的明暗信号变化模式通过白色的线条来表示，而蓝色的点状分布，则是NASA在分析这些光变曲线后，得出的“开普勒天体”的数据。
2.科学家们使用超过15000个标记的开普勒信号的数据集，创建了一个TensorFlow模型来区分行星与非行星。
3．再让人工智能系统来学习开普勒太空望远镜收集的光线信号，以识别外系行星。
在测试时，该系统还能准确地确定哪些信号是行星，哪些信号不是行星，准确率达到96％。
这一发现也让我们知道，太阳系并不像我们想象的那样独特，开普勒90星系是我们已知的太阳系以外的第一个具有八颗行星的星系。当然，该星系中也可能存在更多行星，只是现在还不为人知。
目前，组成开普勒90星系的八颗行星分别是“开普勒90b”、“开普勒90c”、“开普勒90d”、“开普勒90e”、“开普勒90f”、“开普勒90g”、“开普勒90h”和最新发现的“开普勒90i”。
开普勒90i是该星系中最小的行星，信号也比传统手段能识别出的行星弱。它比地球要大30%左右，围绕恒星公转一周仅需14.4天（地球围绕太阳公转一周的时间为365天）。
此外，这颗行星的地表还布满了岩石，而它的表面温度则高达426℃——并不可能有我们已知的生命形式存在。
这一发现也证明了这个理论：和太阳系一样，开普勒-90星系中，体积较小的行星在里圈，体积较大的行星在外圈，但相互距离却更小。
NASA萨根博士后Andrew Vanderburg说：“开普勒-90i”距离恒星太近，表面温度过高，与水星类似。而这一星系中最远的开普勒-90h与恒星的距离则与地球到太阳的距离相似。”
研究人员通过训练神经网络，让计算机学会了识别行星从恒星前方横越时产生的微弱信号。
除了这颗行星，谷歌的技术还发现了另外一颗恒星开普勒-80星系中的最小行星“开普勒-80g”。
NASA认为，Google的AI技术将有助于在太阳系外探测到外星文明的迹象。
美国国家航空航天局天体物理部门主任Paul Hertz说，“正如我们所预期的，在我们存档的开普勒数据中潜藏着令人兴奋的发现，等待合适的工具或技术去发掘它们，这也表明，我们的数据将成为未来几年创新研究人员的宝藏”。
事实上，这两颗全新系外行星，仅仅是Google的AI技术在筛查了670颗星就发现的。未来，天文学家还将对开普勒所确定的大约15万颗恒星进行研究，发现系外行星的可能性也会更高。
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发表于 2018-4-21 20:49:01
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