С всяка изминала година се откриват все повече и повече слънчеви планети. За да направят нещата по-интересни, подобренията в методологията и технологиите позволяват откриването на повече планети в отделните системи. Помислете за неотдавнашното съобщение за система от седем планети около звездата от червено джудже, известна като TRAPPIST-1. По това време това откритие установи рекорда за повечето екзопланети, които обикалят около една звезда.
Ами преминете над TRAPPIST-1! Благодарение на космическия телескоп Kepler и машинно обучение, екип от Google AI и Harvard-Smithsonian Center of Astrophysics (CfA) наскоро откри осма планета в далечната звездна система на Kepler-90. Известно като Kepler -90i, откриването на тази планета стана възможно благодарение на алгоритмите на Google, които откриха данни за слаб транзитен сигнал в данните на мисията Kepler.
Изследването, което описва техните открития, озаглавено „Идентифициране на екзопланети с дълбоко учене: пет планетна резонансна верига около Kepler-80 и осма планета около Kepler-90“, наскоро се появи онлайн и беше прието за публикуване в The Astronomical Journal, Изследователският екип се състоеше от Кристофър Шалю от Google AI и Андрю Вандербург от Тексаския университет и CfA.
Kepler-90, звезда, подобна на Слънце, се намира приблизително на 2545 светлинни години от Земята в съзвездието Драко. Както беше отбелязано, предишните проучвания показват съществуването на седем планети около звездата, комбинация от земни (известни още като скалисти) планети и газови гиганти. Но след като използва алгоритъм на Google, създаден за търсене чрез данни на Kepler, изследователският екип потвърди, че сигналът за друга по-близка орбитална планета се крие в данните.
Мисията на Kepler разчита на метода Transit (известен още като Транзитна фотометрия), за да установи наличието на планети около по-ярки звезди. Това се състои в наблюдение на звезди за периодични потапяния в яркостта, които са индикация, че една планета преминава пред звездата (т.е. преминаваща) спрямо наблюдателя. Заради своето проучване Шалуе и Вандербург обучиха компютър да чете светлинни криви, записани от Кеплер и да определят наличието на транзити.
Тази изкуствена "невронна мрежа" пресяваше данни на Кеплер и открива слаби транзитни сигнали, които показват наличието на изчезнала преди това планета около Kepler-90. Това откритие не само показа, че тази система много прилича на нашата собствена, но също така потвърждава стойността на използването на изкуствен интелект за извличане на архивни данни. Докато машинното обучение преди се е използвало за търсене на данни на Kepler, това изследване показва, че дори и най-слабите сигнали вече могат да бъдат разпознати.
Както заяви Пол Херц, директор на отдела за астрофизика на НАСА във Вашингтон, в неотдавнашното съобщение на НАСА:
„Точно както очаквахме, в нашите архивирани данни на Kepler дебнат вълнуващи открития, които чакат подходящия инструмент или технология да ги открие. Тази констатация показва, че нашите данни ще бъдат съкровищница, достъпна за иновативните изследователи за години напред. “
Тази новооткрита планета, известна като Kepler-90i, е скалиста планета, която е сравнима по размер със Земята (1,32 ± 0,21 земни радиуса), която обикаля около орбитата си звезда за период от 14,4 дни. Като се има предвид близостта му до звездата, се смята, че тази планета изпитва екстремни температури от 709 K (436 ° C; 817 ° F), което я прави по-гореща от дневната температура на Меркурий от 700 K (427 ° C; 800 ° F).
Като старши софтуерен инженер в изследователския екип на Google AI, Шалуе излезе с идеята да приложи невронна мрежа към данни на Кеплер, след като научи, че астрономията (подобно на други отрасли на науката) бързо се превръща в проблем с „големи данни“. Тъй като технологията за събиране на данни става все по-напреднала, учените се оказват затрупани с набори от данни с все по-големи размери и сложност. Както обясни Shallue:
„В свободното си време започнах да гугъл за„ намиране на екзопланети с големи масиви данни “и разбрах за мисията на Kepler и огромния наличен набор от данни. Машинното обучение наистина свети в ситуации, в които има толкова много данни, че хората не могат да го търсят сами. "
Мисията на Kepler през първите си четири години на работа натрупа набор от данни, който се състои от 35 000 възможни планетни транзитни сигнала. В миналото се използваха автоматизирани тестове, а понякога и визуални проверки за проверка на най-обещаващите сигнали в данните. Въпреки това, най-слабите сигнали често се пропускаха с тези методи, оставяйки десетки или дори стотици планети без внимание.
Търсейки подобрение в това отношение, Шалуе се обедини с Андрю Вандербърг - завършил научен сътрудник на Националната научна фондация и научен сътрудник на НАСА Саган, за да провери дали машинното обучение може да изкопае данните и да задейства повече сигнали. Първата стъпка се състоеше в обучение на невронна мрежа за идентифициране на транзитни екзопланети с използване на набор от 15 000 предварително проверени сигнали от каталога на екзопланетите Kepler.
В тестовия набор невронната мрежа правилно идентифицира истинските планети и фалшивите положителни стойности с 96% степен на точност. След като демонстрира, че може да разпознава транзитни сигнали, екипът след това насочи невронната си мрежа да търси по-слаби сигнали в 670 звездни системи, които вече имат множество известни планети. Те включваха Kepler-80, който имаше пет известни досега планети, и Kepler-90, който имаше седем. Както посочи Вандербург:
„Имаме много фалшиви позитиви на планети, но също така и потенциално по-реални планети. Това е като пресяване през скали, за да намерите бижута. Ако имате по-фино сито, тогава ще хванете повече скали, но може да хванете и повече бижута. “
Шестата планета в Kepler-80 е известна като Kepler-80g, планета с размер на Земята, която е в резонансна верига с петте си съседни планети. Това се случва, когато планетите са заключени от взаимната си гравитация в изключително стабилна система, подобно на това, което изпитват седемте планети на TRAPPIST-1. Kepler-90i, от друга страна, е планета с размер на Земята, която изпитва подобни на Меркурий условия и орбити извън границите на 90b и 90c.
В бъдеще Шалуе и Вандербург планират да приложат невронната си мрежа към пълния архив на Кеплер от над 150 000 звезди. В рамките на този масивен набор от данни много други планети вероятно дебнат и цитират евентуално в многопланетни системи, които вече са изследвани. В това отношение мисията на Kepler (която вече беше безценна за изследванията на екзопланетите) показа, че има какво още да предложи.
Както Джеси Дотсън, учен по проекта Кеплер в изследователския център на Еймс на НАСА, заяви:
„Тези резултати показват трайната стойност на мисията на Кеплер. Новите начини за разглеждане на данните - като това изследване в ранен етап за прилагане на алгоритми за машинно обучение - обещават да продължат да дават значителен напредък в нашето разбиране на планетарните системи около други звезди. Сигурен съм, че има още първи данни в данните, които чакат хората да ги намерят. "
Естествено, фактът, че звезда, подобна на Слънце, сега има система от осем планети (като нашата Слънчева система), има такива, които се чудят дали тази система може да бъде добър залог за намиране на извънземен живот. Но преди някой да бъде твърде развълнуван, струва си да се отбележи, че планетите Kepler-90-те всички орбитират доста близо до звездата. Това е най-външната планета, Kepler-90h, орбитира на подобно разстояние от звездата си, както Земята до Слънцето.
Откриването на осма планета около друга звезда също означава, че там има система, която съперничи на Слънчевата система по общ брой планети. Може би е време да преразгледаме решението за ИАУ от 2006 г. - знаете ли, това, при което Плутон беше „понижен“? И докато ние сме в това, може би трябва да ускорим Церера, Ерис, Хаумея, Макемаке, Седна и останалите за планетата. В противен случай, как иначе да планираме да поддържаме записа си?
В бъдеще е възможно подобни процеси на машинно обучение да се прилагат при мисии за лов на екзопланети от ново поколение, като Транзитиращия сателит за изследване на екзопланети (TESS) и космическия телескоп на Джеймс Уеб (JWST). Тези мисии се планират да стартират съответно през 2018 г. и 2019 г. А междувременно със сигурност има още много разкрития, идващи от Кеплер!
