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分析數(shù)據(jù)、指揮衛(wèi)星、物理模擬……AI如何助力天文學(xué)研究?
發(fā)射更多科學(xué)衛(wèi)星,需要AI助力指揮
中國科學(xué)院高能物理研究所粒子天體物理中心主任、“慧眼”天文衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南表示,目前中國只有3個(gè)X射線天文望遠(yuǎn)鏡,但這已經(jīng)是國際領(lǐng)先水平,全世界也只有屈指可數(shù)的X射線天文望遠(yuǎn)鏡。
他指出,一顆這樣的天文衛(wèi)星成本高昂,造價(jià)通常為幾億乃至上百億人民幣,研制和發(fā)射需要幾年到幾十年時(shí)間,運(yùn)行團(tuán)隊(duì)也需要幾十到上百人。面對(duì)宇宙中海量的暫現(xiàn)源、變?cè)矗绾芜M(jìn)行后隨觀測(cè)是當(dāng)前研究人員面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
6月22日,搭載中法天文衛(wèi)星SVOM的長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空,與之同行的還有一顆全變?cè)醋粉櫕C人星座01星(CATCH-1衛(wèi)星),這是中國科學(xué)院高能物理研究所提出的全變?cè)醋粉櫕C人星座CATCH項(xiàng)目的首發(fā)試驗(yàn)星。
該項(xiàng)目計(jì)劃在2030年前后全面部署,發(fā)射100多顆小衛(wèi)星組成星座,核心科學(xué)目標(biāo)是“刻畫極端宇宙的多維度動(dòng)態(tài)全景”。張雙南表示,該項(xiàng)目具備低成本、無漏網(wǎng)、高質(zhì)量的特點(diǎn),星座由百顆微納衛(wèi)星組成,探測(cè)各種變?cè)春捅l(fā)現(xiàn)象,成批“活捉”各類天體。
中國科學(xué)院高能物理研究所粒子天體物理中心主任張雙南發(fā)表演講2024世界人工智能大會(huì)
然而,如何指揮上百顆衛(wèi)星協(xié)同合作成為了研究人員面臨的新難題。張雙南回憶說,在自己的當(dāng)機(jī)立斷下,2017年發(fā)射的“慧眼”衛(wèi)星抓住重大觀測(cè)機(jī)遇,在2020年發(fā)現(xiàn)快速射電暴來自于中子星,2022年又觀測(cè)到“千年一遇”的迄今最亮伽馬射線暴。
但他坦言,“如果讓我管100個(gè)衛(wèi)星,我是沒有辦法每一次都能做對(duì)決策的,事實(shí)上也不可能做這樣的決策。”他認(rèn)為,即使有100位首席科學(xué)家,也不可能做到。
因此,研究團(tuán)隊(duì)將使用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)全變?cè)醋粉櫕C人星座的在軌自主協(xié)同觀測(cè)。
“首先,我們要對(duì)這個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,然后根據(jù)訓(xùn)練的情況制定我們的策略。讓它根據(jù)訓(xùn)練的情況和發(fā)生的情況來決定觀測(cè)的策略,指揮上百個(gè)衛(wèi)星,然后下達(dá)觀測(cè)任務(wù)。”張雙南說,“在天上分布的上百個(gè)衛(wèi)星根據(jù)它的情報(bào)和決策,根據(jù)情況決定是否要接受觀測(cè)任務(wù)等等。”
張雙南最后表示,全變?cè)醋粉櫕C人星座的首顆試驗(yàn)星已于上個(gè)月發(fā)射,接下來第二步是希望建立一個(gè)小型的星座,并在這一過程對(duì)人工智能的基本技術(shù)途徑進(jìn)行驗(yàn)證。
6月22日,長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空視覺中國
中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員、愛因斯坦探針衛(wèi)星(EP)首席科學(xué)家助理金馳川也提到,對(duì)衛(wèi)星傳回的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析需要大量時(shí)間和人力。今年1月,EP衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空,其主要任務(wù)是捕捉對(duì)天文研究具有重大意義的暫現(xiàn)源。
金馳川介紹了EP科學(xué)中心的日常值班運(yùn)行情況。他表示,對(duì)單個(gè)暫現(xiàn)源的分析需要調(diào)用不同工具和參考數(shù)據(jù),平均耗時(shí)10到30分鐘。每天暫現(xiàn)源分析工作量大,平均每天有50個(gè)人工檢查需求。科學(xué)中心自動(dòng)化程度較低,實(shí)現(xiàn)了一定程度的暫現(xiàn)源證認(rèn)自動(dòng)化,但只給出真假源和分類初步建議,無明確依據(jù)。
金馳川表示,EP暫現(xiàn)源研究具有AI應(yīng)用需求和場(chǎng)景,AI可以顯著提升暫現(xiàn)源證認(rèn)效率,解決證認(rèn)耗時(shí)耗力、準(zhǔn)確性嚴(yán)重依賴人員經(jīng)驗(yàn)的問題。人工智能還可以為暫現(xiàn)源的判別、屬性、分類和對(duì)關(guān)鍵暫現(xiàn)源的后隨觀測(cè)提出規(guī)劃建議,AI與值班人員的交互可以使證認(rèn)結(jié)果具備堅(jiān)實(shí)的可信度和優(yōu)秀的可解釋性。
巡天數(shù)據(jù)體量激增,“AI+云”將成數(shù)據(jù)管理新模式
巡天是高效的天文觀測(cè)手段,我國首個(gè)大型空間光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡CSST也正在研制中,但如何處理它所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)是研究人員不得不面對(duì)的一大難題。中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員劉超表示,預(yù)計(jì)CSST發(fā)射后將觀測(cè)超過100億個(gè)天體,產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。
劉超介紹說,巡天數(shù)據(jù)的處理已經(jīng)走過了三代發(fā)展模式,第一代是將觀測(cè)數(shù)據(jù)列成星表,以紙質(zhì)出版物的方式發(fā)表;第二代是數(shù)據(jù)庫形式,通過網(wǎng)站查詢數(shù)據(jù);第三代則引入了“云”的模式。他指出,在過去40年里,巡天數(shù)據(jù)體量已經(jīng)增長(zhǎng)了4個(gè)數(shù)量級(jí)。
劉超認(rèn)為,下一代巡天數(shù)據(jù)管理模式應(yīng)該是“AI+云”的模式。他指出,空間巡天需要多種巡天數(shù)據(jù)的融合處理,“例如將地面和空間的巡天設(shè)備數(shù)據(jù)相互對(duì)比和補(bǔ)充”。他表示,AI可以通過自監(jiān)督學(xué)習(xí)來獲取星系的亮度、結(jié)構(gòu)、形狀等特征,為天文學(xué)家提供更全面的信息。
“通過AI和人的結(jié)合,我們有可能去構(gòu)建下一代的巡天數(shù)據(jù)管理模式。”劉超說,“展望未來,對(duì)于天文學(xué)的巡天數(shù)據(jù),我們可以采用新型的星表。天文學(xué)家以后要掌握AI技術(shù),以AI的方式更好地挖掘數(shù)據(jù),從中做出更多突破性的發(fā)現(xiàn)。”
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標(biāo)簽 2024世界人工智能大會(huì)- 責(zé)任編輯: 陳思佳
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