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在谷歌機(jī)器學(xué)習(xí)算法的幫助下，開(kāi)普勒計(jì)劃在開(kāi)普勒- 90附近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)八顆行星系統(tǒng)。圖片版權(quán)：NASA/Tim Pyle

越來(lái)越多的太陽(yáng)系外行星被發(fā)現(xiàn)。更有趣的是，方法和技術(shù)的改進(jìn)使得在單個(gè)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)更多的行星?？紤]一下最近關(guān)于紅矮星trappist - 1的七行星系統(tǒng)的公布。在當(dāng)時(shí)這一發(fā)現(xiàn)確立了大多數(shù)系外行星繞著一顆恒星運(yùn)行的記錄。

挪TRAPPIST-1，多虧了開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡和機(jī)器學(xué)習(xí)，來(lái)自谷歌AI和哈佛-史密森天體物理中心(CfA)的團(tuán)隊(duì)最近在開(kāi)普勒- 90的遙遠(yuǎn)恒星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一顆第八顆行星。開(kāi)普勒- 90i被稱為開(kāi)普勒- 90i，這是由于谷歌算法發(fā)現(xiàn)了開(kāi)普勒任務(wù)數(shù)據(jù)中微弱的傳輸信號(hào)的證據(jù)。

這項(xiàng)研究報(bào)告的題目是“深度學(xué)習(xí)的系外行星:開(kāi)普勒- 80的五顆行星的共振鏈，開(kāi)普勒- 90附近的八顆行星”，最近被接受發(fā)表在《天文學(xué)雜志》上。該研究小組由來(lái)自谷歌AI的Christopher Shallue和德克薩斯大學(xué)的Andrew Vanderburg和CfA組成。

太陽(yáng)系與一顆恒星周圍的大多數(shù)行星都有聯(lián)系，最近發(fā)現(xiàn)了一顆環(huán)繞開(kāi)普勒- 90的第八顆行星，它是一顆類似于太陽(yáng)的恒星，距離地球2545光年。這顆行星是在NASA的開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的。圖片版權(quán)：NASA

開(kāi)普勒- 90，一個(gè)類似太陽(yáng)的恒星，距離地球大約2545光年，位于天龍星座內(nèi)。如前所述，先前的調(diào)查已經(jīng)表明，在恒星周圍存在著七顆行星，這是一種陸(aka)的組合。行星和氣態(tài)巨行星。但是，在使用了一個(gè)谷歌算法來(lái)搜索開(kāi)普勒數(shù)據(jù)之后，研究小組證實(shí)了另一顆環(huán)繞地球的行星的信號(hào)隱藏在數(shù)據(jù)中。

開(kāi)普勒任務(wù)依賴于過(guò)境法(又稱“中轉(zhuǎn)法”)。通過(guò)傳輸光度計(jì)來(lái)辨別在明亮恒星周圍的行星的存在。這包括觀察恒星的亮度周期性的下降，這表明行星在恒星的前面(即凌日)相對(duì)于觀察者。為了他們的研究，Shallue和Vanderburg訓(xùn)練了一臺(tái)計(jì)算機(jī)讀取開(kāi)普勒記錄的光曲線，并確定了凌日的存在。

這個(gè)人造的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”通過(guò)開(kāi)普勒數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)微弱的傳輸信號(hào)表明開(kāi)普勒- 90附近存在著一顆未被發(fā)現(xiàn)的行星。這一發(fā)現(xiàn)不僅表明該系統(tǒng)與我們的系統(tǒng)非常相似，也證實(shí)了利用人工智能挖掘檔案數(shù)據(jù)的價(jià)值。雖然機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)被用來(lái)搜索開(kāi)普勒數(shù)據(jù)，但這項(xiàng)研究表明，即使是最弱的信號(hào)也能被識(shí)別出來(lái)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)華盛頓天體物理學(xué)部門主任保羅·赫茲(Paul Hertz)最近在美國(guó)宇航局的一份新聞稿中說(shuō)：正如我們所預(yù)料的，在我們存檔的開(kāi)普勒數(shù)據(jù)中有一些令人興奮的發(fā)現(xiàn)，等待正確的工具或技術(shù)來(lái)發(fā)掘它們。這一發(fā)現(xiàn)表明，我們的數(shù)據(jù)將成為未來(lái)數(shù)年創(chuàng)新研究人員可利用的一個(gè)寶庫(kù)。

這顆新發(fā)現(xiàn)的行星,開(kāi)普勒- 90我是一顆巖石行星與地球的大小比較的(1.32±0.21地球半徑),公轉(zhuǎn)周期為14.4天。由于其臨近的恒星,這顆行星被認(rèn)為體驗(yàn)極端溫度為709 K(436°C;817°F)-使其溫度比水星的日間高點(diǎn)700 K(427°C;800°F)。

作為谷歌研究小組的一名高級(jí)軟件工程師，Shallue在得知天文學(xué)(像其他科學(xué)分支)正在迅速成為“大數(shù)據(jù)”關(guān)注后，提出了將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于開(kāi)普勒數(shù)據(jù)的想法。隨著數(shù)據(jù)收集技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)自己被越來(lái)越龐大的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的數(shù)據(jù)所淹沒(méi)。

Shallue解釋說(shuō)：在我的業(yè)余時(shí)間里開(kāi)始用谷歌搜索‘尋找大數(shù)據(jù)集的外行星，并發(fā)現(xiàn)了開(kāi)普勒任務(wù)和巨大的數(shù)據(jù)集。機(jī)器學(xué)習(xí)在有這么多數(shù)據(jù)的情況下確實(shí)能發(fā)光，因?yàn)槿祟悷o(wú)法自己去搜索。開(kāi)普勒計(jì)劃在運(yùn)行的頭四年里，積累了一組數(shù)據(jù)集，其中包含3.5萬(wàn)個(gè)可能的行星傳輸信號(hào)。在過(guò)去自動(dòng)化測(cè)試和有時(shí)可視檢查被用來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)中最有希望的信號(hào)。然而最弱的信號(hào)常常被這些方法所忽略，留下幾十甚至幾百顆行星下落不明。

將kepler - 90系統(tǒng)(左)與太陽(yáng)系(右)相比較。圖片版權(quán)：NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel

為了改善這一狀況，Shallue與安德魯·范德伯格(美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的研究生研究員，NASA的薩根研究員)合作，看看機(jī)器學(xué)習(xí)是否能夠挖掘數(shù)據(jù)并發(fā)出更多信號(hào)。第一步是訓(xùn)練一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用來(lái)自開(kāi)普勒外行星目錄的15000個(gè)預(yù)先被檢查的信號(hào)來(lái)識(shí)別凌日系外行星。

在測(cè)試集中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正確識(shí)別了真實(shí)的行星和假陽(yáng)性，準(zhǔn)確率達(dá)96%。在證明了它能識(shí)別交通信號(hào)之后，研究小組隨后指導(dǎo)他們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)尋找在已經(jīng)有多個(gè)已知行星的670星系中較弱的信號(hào)。其中包括kepler - 80，它有5個(gè)已知的行星，而kepler - 90有7個(gè)。Vanderburg表示：我們得到了很多行星的假陽(yáng)性，但也有可能是更真實(shí)的行星。就像在巖石里翻找珠寶。如果你有一個(gè)更細(xì)的篩子，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的巖石，但你也可能會(huì)得到更多的珠寶。

開(kāi)普勒- 80的第六顆行星被稱為開(kāi)普勒- 80g，這是一個(gè)地球大小的行星，與它的五個(gè)相鄰的行星處于共振鏈中。當(dāng)行星被它們的相互引力鎖定在一個(gè)極其穩(wěn)定的系統(tǒng)中，類似于trappist - 1的七顆行星的經(jīng)歷。另一方面，開(kāi)普勒- 90i是一個(gè)地球大小的行星，它經(jīng)歷了像水星一樣的條件，在90b和90c之外運(yùn)行。

NASA的開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡是第一個(gè)能夠探測(cè)到地球大小的行星的機(jī)構(gòu)。圖片版權(quán)：NASA/Wendy Stenzel

在未來(lái)，Shallue和Vanderburg計(jì)劃將他們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到開(kāi)普勒的完整的超過(guò)150,000顆恒星的檔案中。在這個(gè)龐大的數(shù)據(jù)集中，更多的行星可能潛藏著，并且可能在已經(jīng)被調(diào)查過(guò)的多行星系統(tǒng)中引用。在這方面，開(kāi)普勒任務(wù)(已經(jīng)對(duì)太陽(yáng)系外行星的研究是無(wú)價(jià)的)表明它還有很多東西可以提供。

正如美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心的開(kāi)普勒項(xiàng)目科學(xué)家杰西·多森所說(shuō)：這些結(jié)果證明了開(kāi)普勒任務(wù)的持久價(jià)值。研究數(shù)據(jù)的新方法——比如這個(gè)早期的研究應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法——承諾將繼續(xù)在我們對(duì)其他恒星周圍行星系統(tǒng)的理解上取得重大進(jìn)展。我敢肯定，在等待人們找到他們的數(shù)據(jù)中有更多的“第一”。

很自然地，現(xiàn)在已知一個(gè)類似太陽(yáng)的恒星擁有8個(gè)行星系統(tǒng)(就像我們的太陽(yáng)系)，有些人懷疑這個(gè)系統(tǒng)是否可以用來(lái)尋找外星生命。但是在有人太興奮之前，值得注意的是開(kāi)普勒- 90年代的行星都繞著恒星運(yùn)行。它是最外層的行星，kepler - 90h的軌道與它的恒星的距離類似地球?qū)μ?yáng)的距離。

在另一顆恒星周圍發(fā)現(xiàn)一顆第八顆行星也意味著有一個(gè)系統(tǒng)可以與太陽(yáng)系中所有行星的數(shù)量相匹敵。也許是我們重新考慮2006年IAU的決定的時(shí)候了——你知道，冥王星被降級(jí)的那個(gè)時(shí)候，也許我們應(yīng)該快速地追蹤谷神星，厄里斯，Haumea,Makemake,Sedna和其他的planethood，否則我們又如何計(jì)劃保持記錄？

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參考：NASA, CfA