考虑到许多天文学数据库的规模都大得惊人,区分并不是一件简单的事,但是,人工智能算法给此事带来前所未有的希望。
近日,英国华威大学的大卫·阿姆斯特朗博士(David Armstrong)领导的研究团队开发了一项新的机器学习算法,从美国航空航天局(NASA)的陈旧数据中,识别出太阳系外的行星。他们确认了50颗系外行星的存在,从海王星大小的气体巨行星到比地球还小的岩石世界,无所不包。
方法是,计算出每个行星的成为候选星球的概率。
历史 上天文学家一般相信在太阳系以外存在着其它行星,然而它们的普遍程度和性质则是一个谜。直至1990年代人类才首次确认系外行星的存在,而自2002年起每年都有超过20个新发现的系外行星。
许多太阳系外行星调查都通过望远镜中的大量数据来搜索行星在望远镜与恒星之间通过的迹象,这就是所谓的过境。这会导致望远镜探测到的恒星发出明显的光线下降,但这也可能是由于来自背景物体的干扰,甚至相机中的微小误差所致。这些误报可以在行星验证过程中筛选出来。
华威大学(Warwick U)物理系和计算机科学系以及艾伦·图灵学院的研究人员建立了一种基于机器学习的算法,该算法可以在NASA的开普勒和TESS等望远镜任务发现的数千个候选行星的大样本中区分出真实的行星和虚假的行星。
AI算法接受了识别真实行星的训练,使用了两大已确认的行星样本和现已退役的开普勒任务的误报。
然后,研究人员在开普勒尚未确认的候选行星数据集上使用了该算法,产生了50个新的确认行星,其中第一个将通过机器学习进行验证。以前的机器学习技术只对候选行星进行排序,但从未自行确定候选行星是否是真正行星的概率,而这是行星验证的必要步骤。
通过确认这50颗行星是真实存在的,天文学家现在可以优先利用专门的望远镜对它们进行进一步的观察。
华威大学物理系的大卫·阿姆斯特朗博士说:“我们开发的算法可以让我们挑选50个候选行星进行行星验证,并将它们升级为真正的行星。”我们希望将这项技术应用于当前和未来的TESS和PLATO等任务中的大量候选样本。
天文学家有两种方法探测太阳系外的行星。一种是径向速度方法,它用来监测恒星是否有行星引力引起的小反运动。第二种是更敏感的技术, 也是凌日系外行星巡天卫星和开普勒采用的技术, 它主要依靠宿主星的亮度变化。
问题是,第二种方法产生了大量恒星的亮度数据,其中许多恒星不会有可见的系外行星。
于是,人工智能上场了。
论文中也强调:“我们的算法模型只要短短几秒就能对数千个肉眼看不见的候选行星进行识别,确认其是否真的是行星。我们现在不仅能说哪些候选行星‘更可能’是行星,而是可以用确切的数据说明这种可能性有多大:如果候选天体是‘假行星’的可能性小于1%,就可以被确认为是真正的行星。”
阿姆斯特朗博士,谈道:“就行星验证而言,之前没有人使用过机器学习技术。机器学习已经被用于对候选行星进行排名,但从来没有在概率框架中使用过,而概率框架是你真正验证一颗行星所需要的。我们现在可以说出精确的统计可能性,而不是说哪些候选者更有可能是行星。如果一个候选行星的假阳性概率小于1%,它就被认为是经过验证的行星。”
华威大学的计算机科学系副主任、阿兰·图灵研究所(Alan Turing Institute)研究员Dr Theo Damoulas博士说:
阿姆斯特朗博士补充说:“到目前为止,几乎30%的已知行星仅用一种方法就被验证了,这并不理想。仅仅因为这个原因,开发新的验证方法是可取的。但机器学习也能让我们做得非常快,更快地确定候选人的优先级。”
研究人员认为,它应该是未来用来验证行星的工具之一。
根据新的研究,在所有确认的系外行星中,大约有三分之一是用单一的分析方法确认的,这并不理想。科学家们用已确认身份的系外行星数据和“假行星”的数据来训练神经网络(一种人工智能算法),这样能在新的数据中识别出那些明显的迹象(信号)。
新技术比以前的技术更快,可以自动化,并且可以通过进一步的"训练”加以改进效果。
论文《利用机器学习验证系外行星:50颗新验证的开普勒行星》发表在《皇家天文学会月刊》上。阿姆斯特朗博士的研究得到了英国研究与创新部门科学技术设施委员会(STFC)通过Ernest Rutherford奖学金的支持。
GitHub上也有不少天文学软件包,比如, allesfitter, 用于对光度和RV数据进行建模。它可以容纳多个系外行星,多星系统、星点、恒星耀斑和各种噪声模型。
尽管取得了突破,但是,该算法仍处于早期阶段。在陈旧数据中找到错失的金子,提高了人类 探索 未知宇宙世界的效率。验证行星的新工具问世了,新老方法共同为系外行星 探索 出力。
(全文结束)
《亲爱的数据》出品
据外媒TechCrunch报道,在VR硬件问世多年后,其只在 游戏 等少数领域被大量使用。 然而美国宇航局(NASA)的一支团队一直在组装有用的科学和工程应用,并取得了令人鼓舞的独特结果。 研究银河系中恒星的数量通常是使用旧版工具。因此,很难使用强大的多功能模式识别引擎来充分发挥信息的作用。
NASA戈达德太空飞行中心的工程师Tom Grubb多年来一直认为VR和AR是 探索 和处理此类数据的宝贵工具,而他的团队刚刚提出了使用这些技术直接得出的第一篇论文。他和他的同事们使用VR环境检查了一个充满活力的恒星附近,并为其他天文学家不同意的恒星群得出了一个新颖的分类。能够直观地观察恒星在三维空间中的路径和位置提供了关键的见解。
天文学家 Marc Kuchner在NASA的一篇新闻稿中说道:“天文馆正在上传他们可以使用的所有数据库,并带领人们了解宇宙。好吧,我不会在办公室里建造一个天文馆,但是我可以戴上头戴式设备,我只是在那里。”
Grubb及其团队创建了许多软件项目,这些项目不仅帮助将天文数据库带入虚拟现实,还帮助他们将工程工作带入了VR。就像重工业正在学习将VR和AR纳入其安全,维护和培训程序中一样,NASA正在工程和跨站点协作中对其进行研究。其中一部分只是建立用于查看和 *** 作数据的基本工具。
“硬件在这里;支持在这里。该软件以及有关如何与虚拟世界进行交互的约定都滞后。” Grubb解释说。“您没有诸如捏合和缩放之类的简单约定,也没有右键单击或左键单击时每种鼠标的工作方式相同。”但是,一旦有人在虚拟环境中看着3D星图或探测器内部的表示,就会发现新的机会。
“我们将处于同一环境中,当我们指向或 *** 纵环境中的某物时,他们将能够看到这一点,” Grubb说道。“您仍然必须构建模型,但是在移至物理模型之前,您可以进行很多迭代。对于普通人来说,谈论电缆布线并不是一件很容易的事情,但是对于工程师来说,能够在虚拟环境中做到这一点并知道您需要多少电缆以及布线的样子,这真是令人兴奋。”
这项工作仍在进行中,描述小组首次天文学结果的论文将很快发表。当然,他们所做的工作通常是公开发布的,例如,他们用来查看恒星和激光雷达数据的PointCloudsVR工具- 您可以在GitHub上进行下载。
北京天文馆,国家4A级景区,位于北京西直门外大街,是国家级自然科学类专题科学博物馆。北京天文馆由两部分组成:北京西直门外的北京天文馆(简称西馆)和北京建国门内的北京古观象台(简称东馆)。北京天文馆和北京古观象台同时被北京市命名为"青少年教育基地"。★北京天文馆
北京天文馆落成于1957年9月29日,设施包括天象厅,门厅,展览厅,报告厅,天文台等。北京天文馆是中国乃至亚洲大陆的第一座大型天文馆,目前仍是大陆唯一的大型专业天文馆。2004年12月12日,北京天文馆新馆落成,设施包括数字宇宙剧场,3D影院,4D影院,太阳展厅等。
北京天文馆包含A、B两馆,共4个科普剧场。A馆天象厅是我国大陆地区最大的地平式天象厅,内部设备处于世界领先水平。其中,蔡司九型光学天象仪和世界上分辨率最高的全天域数字投影系统,不仅能为场内400名观众逼真还原地球上肉眼可见的9,000余颗恒星,高达8K分辨率的球幕影像,还能实现虚拟天象演示、三维宇宙空间模拟、数字节目播放等多项功能。
B馆于2004年底正式建成开放,内有宇宙剧场、4D剧场、3D剧场3个科普剧场,以及天文展厅、太阳观测台、大众天文台、天文教室等各类科普教育设施。其中,半径为18米的宇宙剧场拥有标准半球全天域银幕,能同时为200名观众呈现出气势恢宏的立体天幕效果,这在我国大陆地区独一无二。
4D剧场和3D剧场分别拥有200席和116席座位,两个剧场均采用最先进的播放设备和特效设备。4D剧场不仅能够呈现栩栩如生的立体影像,还能根据科普节目情节发展产生喷水、喷风、拍腿等多种特效,为观众带来身临其境的奇妙科普体验。3D剧场拥有宽12米、高9米的金属银幕,配以45度偏振立体眼镜,以逼真绚丽的立体效果为观众们呈现科普知识,真正做到了寓教于乐。
北京天文馆“天象厅”,位于北京天文馆A馆中央,是我国最早建成的天象厅,也是目前世界上最好的球幕剧场之一!拥有最先进的天象设备,以及最精彩的球幕天象节目。作为我国大陆地区最大的地平式天象厅,球幕内部直径达到了23米,能容纳400名观众同时观看影片,内部采用红、绿、褐、蓝四区排列,确保每一位观众都有一个良好的欣赏体验视角世界首创的13.1声道立体环绕声系统,能够让每个观众都体验到独特的环绕声音效果。
北京天文馆“宇宙畅游”,该展览由七大展区组成,分别是月球漫步、陨石部落、太阳家族、星座显形、宇宙之谜、挑战岛和宇宙风景。
北京天文馆“宇宙剧场”,是中国大陆地区首家球幕立体宇宙剧场。半径18米,倾角15度的标准半球内配备产自美国的全铝质金属球幕作为全天域银幕,剧场内播放超高分辨率的细腻画面搭配高浸入式显示技术,使画面艳丽感人,3D效果卓越超群。球幕系统拥有庞大的天文数据库,启用实时模式,通过立体显示,将复杂的天体运动清晰呈现出来。
北京天文馆“3D剧场”,位于北京天文馆B馆地下一层,共设座椅116席,银幕宽12米、高9米,是个阶梯型的小巨幕影院。剧场采用了先进的播放设备,全新引进4K高清科普节目,画面效果真实、清晰。
戴上立体眼镜,如梦似幻的立体世界立即映入我们的眼帘,或是一只来自白垩纪的霸王龙、或是一头远古的冰原巨兽又或是一只深海的大白鲨
北京天文馆“4D剧场”,位于北京天文馆B馆2楼,整个影院可以容纳200名观众同时观看,播放的科普节目非常具有特色,观众观赏影片时需戴上特殊的偏振立体眼镜。根据影片情节的发展,特效设备会产生出喷水、喷风、闪电、捅背、滚珠、耳风和拍腿等特效,与影片真实同步表现,让小朋友在生动有趣的故事中领悟到科学知识,让“大朋友”在惊险刺激的冒险中探索自然的奥秘。
★北京古观象台
享誉中外的北京古观象台是明清两代皇家天文台,隶属于北京天文馆。北京古观象台是国家重点文物保护单位,台顶展出的八件古天文仪器是国家一级文物,堪称中国天文国宝。
北京古观象建于明正统七年(1442年),是明清两代的国家天文台。从明正统初年到1929年止,古观象台从事天文观测近500年,是现存古观象台中保持连续观测最悠久的,它还以建筑完整和仪器配套齐全,在国际上久负盛名。
台顶上清制8架铜仪除了造型,花饰,工艺等方面具有中国的传统外,在刻度,游表,结构等方面,还反映了西欧文艺复兴时代以后,大型天文仪器的进展和成就。
它们是东西文化交流的历史见证。新中国成立后,古象台移交给北京天文馆,现为全国重点文物保护单位。
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