Neural Network najde systém 8-Planet

Vědci použili značku umělé inteligence na data z družice Kepler lovící exoplanety, což vedlo k objevení prvního systému osmi planet mimo náš vlastní.

Neuronové sítě, aplikace umělé inteligence, dokážou udělat téměř cokoli, od diagnostiky rakoviny prsu po řízení aut. Nyní mohou také pomoci detekovat planety. Jedinečná spolupráce mezi astronomem a technikem Google vyústila v neuronovou síť, která proběhla předběžným vzorkem exoplanetů detekovaných Keplerem, čímž se na cestě objevily dva objevy Země.

Umělecké zobrazení systému Kepler-90. Kepler-90i, jeden ze dvou objevů exoplanet, které NASA oznámila, je třetí planeta zleva. Je to velikost Země a pravděpodobně skalnatá.
NASA / Ames Research Center / Wendy Stenzel

Kepler-90i je pravděpodobně skalní planeta patřící k prvnímu osmi planetovému systému mimo naši vlastní. It scrsa omámený systém: Všech osm planet se vejde na zemskou orbitu. Kepler-80g je šestá planeta ve svém systému, obíhající kolem své hvězdy v rezonanci se čtyřmi svými společníky. Rezonance udržuje oběžné dráhy stabilní, i když jsou ještě pevněji zabaleny než Kepler-90.

Obě planety mají velikost Země, ale vzhledem k jejich zhruba 14denním drahám žádná z nich nenabízí příjemné místo k životu. Povrchové teploty se odhadují na 710 K (820 ° F), respektive 420 K.

To jsou pouze dvě z 2 525 potvrzených planet objevených Keplerem k dnešnímu dni. Ale nejde jen o závěrečný soupis: Nejnovější nálezy jsou důležité pro možnosti, které slibují.

Při hledání dvojčat Země

Kepler byl spuštěn v roce 2009 s cílem odhalit planetu velikosti Země ve vzdálenosti podobné Zemi od dvojčat Země, jako je Slunce, jinými slovy. Ale hlavní Keplerova mise byla přerušena krátce po čtyřech letech a dvojčata Země zůstávají na samém okraji toho, co Kepler dokáže pomocí tradiční analýzy odhalit.

Jak vypadá tato tradiční metoda: Kepler sleduje hvězdu a její jas v průběhu času zaznamenává jako světelnou křivku . Potom algoritmus hledá opakující se poklesy ve světelné křivce, které by mohly naznačovat tranzitující planetu. Lidé pak výsledky třídí - celkem asi 30 000 signálů - a utracují ty, které pocházejí z jiných než planetárních zdrojů, jako jsou binární hvězdy.

Ale co kdybychom mohli prozkoumat všechny signály, které Kepler najde, dokonce i ty, které plynovod nepovažuje za strašně pravděpodobnou planetu? Některé skutečné planety se pravděpodobně skrývají v těchto signálech, přímo na okraji detekce, ale obrovské množství dat je pro lidi příliš ohromující, než aby uvažovali.

Neuronová síť, která je najde

Big Data je něco, co inženýr Google Christopher Shallue znal - pomáhal společnosti cílit grafické reklamy na Gmail a Mapy Google. Nyní pracuje pro Google Brain, divizi společnosti pro umělou inteligenci. Když četl o obrovském rozsahu dat, které Kepler shromažďoval, přemýšlel, jestli AI dokáže pomoci identifikovat nové planety. Přistoupil k astronomovi Andrewovi Vanderburgovi (University of Texas, Austin), aby to zjistil.

Neuronové sítě jsou volně inspirovány strukturou lidského mozku: „Neurony“ provádějí jednoduchý výpočet a poté předávají informace další vrstvě neuronů. Tímto způsobem se počítač může „naučit“ identifikovat psa na obrázku nebo exoplanetu v Keplerově světelné křivce.
Google

Neuronové sítě jsou počítačové algoritmy volně založené na nesčetných spojeních mezi neurony v mozku. Každý „neuron“ je jednoduchý matematický vzorec, který se chová jako přepínač, zapíná se, když rozpoznává určitý vzorec, a každá sada neuronů předává své výsledky do další vrstvy. Zkombinujte dostatek vrstev spolu s tréninkovými daty, abyste stroj naučili, co rozpoznat, a můžete klasifikovat obraz jako kočku nebo psa - nebo světelnou křivku jako planetu či ne.

Shallue vybudoval neuronovou síť a naučil ji rozpoznávat planety pomocí 15 000 Keplerových světelných křivek, které lidé dříve studovali. Poté Vanderburg provedl pomocí standardního potrubí světelné křivky z předběžného vzorku 670 hvězd, aby identifikoval signály, dokonce i slabé, aby se dostaly do algoritmu.

Neuronová síť zachytila ​​čtyři pravděpodobné planety (v tomto případě „pravděpodobné“ znamená, že algoritmus byl v testech správný 96% času). Dvě z nich, Kepler-90i a Kepler-80g, se zdají být skutečnými planetami - z 10 000 je jen jedna šance, že nejsou. Výsledky se objeví v Astronomickém časopise (plný text zde).

Je pravda, že Kepler-90i a Kepler-80g jsou příliš popálení, aby to byla dvojčata Země, ale pocházejí z malého výběru Keplerových dat. Shallue a Vanderburg chtějí rozšířit své soubory dat tak, aby zahrnovaly všech 150 000 hvězd v poli Kepler.

Přesto váhají spekulovat o tom, kolik dalších planet může objevit. "Těžko uhodnout, kolik bychom našli, protože jsou v novém režimu, " říká Vanderburg. "To jsou nejmenší planety za delší období."

Duo také varuje před extrapolací těchto výsledků na jiné mise a dokonce i do hlubších Keplerových dat. Neuronové sítě mohou být nazývány uměle inteligentní, ale algoritmus je pouze tak dobrý, jak byl učen, a nemůže zobecnit to, co se naučilo, stejným způsobem, jakým mohou lidé. Pokud astronomové chtějí aplikovat podobné metody na data shromážděná nadcházející misí Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), která má být spuštěna v roce 2018, budou muset vytvořit další algoritmus a znovu jej vyškolit.

Systém osmi planet

Kepler-90i obíhá kolem hvězdy, která je o něco hmotnější a jasnější než Slunce. Stejně jako ve sluneční soustavě, a na rozdíl od mnoha systémů, které Kepler objevil, planety kolem této hvězdy jsou segregovány - menší jsou blíže, ty větší dále.

Tento diagram porovnává velikosti planet v Kepler-90 s těmi ve sluneční soustavě. Jsou podobné v tom, že plynové obři jsou dále od hvězdy než skalnaté planety - vzor, ​​který mnoho Keplerových systémů nenasleduje. Všimněte si, že zde zobrazené vzdálenosti NENÍ měřítko!
NASA / Ames Research Center / Wendy Stenzel

Tento diagram porovnává vzdálenosti planet Kepler-90 s těmi ve sluneční soustavě - oběžné dráhy všech osmi planet by zapadly do oběžné dráhy Země.
NASA / Ames Research Center / Wendy Stenzel

Na první pohled to vypadá, že souhlasí se standardními modely, jak se planety tvoří - větší plynní obři se formují dále, kde se molekuly mohou kondenzovat na led. Ale všech osm planet v Kepler-90 obíhá hluboko ve sněhové linii.

"Planety se musely stěhovat dovnitř, " říká Vanderburg. Brzy v historii systému mohly planety interagovat s protoplanetárním diskem, ze kterého se vytvořily, pomalu se točily dovnitř a udržovaly si pořádek. Varuje však: „úplně nerozumíme procesu formování planety a migrace planety.“

Nemluvě o tom, že toho stále mnoho nevíme. Zatímco Kepler v systému Kepler-90 detekoval osm planet, mohlo by být mnohem víc, než Keplerova měření. Vanderburg nabízí vzrušující možnost: „Bylo by pro mě téměř překvapivé, kdyby kolem této hvězdy nebylo více planet. . . "Jenom škrábáme povrch."

Keplerova data zkoumají pouze malou oblast kolem Kepler-90, takže je možné, že systém bude hostit více planet.
NASA / Ames Research Center / Wendy Stenzel