Jokaisen kuluneen vuoden aikana havaitaan yhä enemmän aurinkoisia planeettoja. Jotta asiat olisivat mielenkiintoisempia, metodologian ja tekniikan parannukset antavat mahdollisuuden löytää enemmän planeettoja yksittäisissä järjestelmissä. Harkitse äskettäistä ilmoitusta seitsemän planeetan järjestelmästä punaisen kääpiötähteen ympärillä, joka tunnetaan nimellä TRAPPIST-1. Tuolloin tämä löytö loi ennätyksen useimmista yhden tähden kiertävistä eksoplaneetoista.
Siirry hyvin TRAPPIST-1: n yli! Keplerin avaruusteleskoopin ja koneoppimisen ansiosta Google AI: n ja Harvard-Smithsonian Astrofysiikan keskuksen (CfA) ryhmä löysi äskettäin kahdeksannen planeetan Kepler-90: n kaukaiseen tähtijärjestelmään. Kepler -90i-nimellä tunnettu planeetta löydettiin mahdolliseksi Google-algoritmien avulla, jotka havaitsivat todisteita heikosta kauttakulkusignaalista Kepler-operaation tiedoissa.
Tutkimusta, joka kuvaa heidän havaintojaan, nimeltään ”Exoplaneettojen tunnistaminen syvän oppimisen avulla: viiden planeetan resonanssiketju Kepler-80: n ympärillä ja kahdeksan planeettaa Kepler-90: n ympärillä”, ilmestyi äskettäin verkkoon, ja se on hyväksytty julkaistavaksi Tähtitieteellinen lehti. Tutkimusryhmään kuuluivat Christopher Shallue Google AI: stä ja Andrew Vanderburg Texasin yliopistosta ja CfA: sta.
Kepler-90, aurinkoinen tähti, sijaitsee suunnilleen 2 455 valovuoden päässä Maasta Dracon tähdistössä. Kuten todettiin, aikaisemmat tutkimukset olivat osoittaneet, että tähden ympärillä on seitsemän planeettaa, yhdistelmä maanpäällisiä (alias. Kivisiä) planeettoja ja kaasujätteitä. Käytettyään Google-algoritmia, joka oli luotu etsimään Keplerin tietoja, tutkimusryhmä vahvisti kuitenkin, että toisen lähempänä kiertävän planeetan signaali piilee tiedoissa.
Kepler-tehtävä perustuu Transit-menetelmään (tunnetaan myös nimellä Transit Photometry) havaitakseen planeettojen läsnäolo kirkkaampien tähtien ympärillä. Tämä koostuu tähtien tarkkailemisesta ajoittaisilla vaaleudenpudotusten varalta, jotka ovat merkki siitä, että planeetta kulkee tähden edessä (ts. Kulkee) tarkkailijaan nähden. Tutkimuksensa vuoksi Shallue ja Vanderburg kouluttivat tietokoneen lukemaan Keplerin kirjaamia valokäyrät ja määrittämään kauttakulkujen läsnäolon.
Tämä keinotekoinen “hermoverkko” seulottiin Kepler-tiedon läpi ja löysi heikkoja kauttakulkusignaaleja, jotka osoittivat, että Kepler-90: n ympärillä oli aiemmin ohitettu planeetta. Tämä löytö ei vain osoittanut, että tämä järjestelmä on hyvin samankaltainen kuin omamme, se myös vahvistaa keinotekoisen älykkyyden hyödyntämisen arkistotietojen hyödyntämisessä. Vaikka koneoppimista on käytetty aiemmin Keplerin tietojen etsimiseen, tämä tutkimus osoittaa, että heikoimmatkin signaalit voidaan nyt havaita.
Kuten NASA: n Washingtonin astrofysiikan osaston johtaja Paul Hertz sanoi äskettäisessä NASA: n lehdistötiedotteessa:
”Aivan kuten odotimme, arkistoituun Kepler-tietoihomme löytyy jännittäviä löytöjä, jotka odottavat oikeaa työkalua tai tekniikkaa niiden löytämiseksi. Tämä havainto osoittaa, että tietomme ovat aarreaitta, joka on innovatiivisten tutkijoiden käytettävissä tulevina vuosina. ”
Tämä hiljattain löydetty planeetta, joka tunnetaan nimellä Kepler-90i, on kivinen planeetta, joka on kooltaan verrattavissa maapallolla (1,32 ± 0,21 maan säteellä) ja joka kiertää tähtensä ajanjaksona 14,4 päivää. Koska planeetta on lähellä tähtiä, uskotaan sen olevan äärimmäisissä lämpötiloissa 709 K (436 ° C; 817 ° F) - mikä tekee siitä kuumemman kuin Mercuryn päivälämpötila 700 K (427 ° C; 800 ° F).
Googlen tutkimusryhmän Google AI: n vanhempana ohjelmistosuunnittelijana Shallue keksi idean soveltaa hermoverkkoa Keplerin tietoihin kuultuaan, että tähtitiedestä (kuten muista tieteen aloista) on tulossa nopeasti ”suuren datan” huolenaihe. Tietojenkeruutekniikan kehittyessä kehittyneemmäksi tiedemiehet joutuvat uppoutuneiksi koko ajan kasvavien ja monimutkaisten tietojoukkojen kanssa. Kuten Shallue selitti:
”Vapaa-ajallaan aloin googleta" löytää eksoplaneetteja, joissa on suuria tietojoukkoja ", ja sain tietää Kepler-tehtävästä ja käytettävissä olevasta valtavasta tietojoukosta. Koneoppiminen todella loistaa tilanteissa, joissa on niin paljon tietoa, että ihmiset eivät voi etsiä sitä itse. "
Kepler-operaatio keräsi ensimmäisen neljän toimintavuotensa aikana tietoaineiston, joka koostui 35 000 mahdollisesta planeetan kauttakulkusignaalista. Aikaisemmin automaattisia testejä ja joskus visuaalisia tarkastuksia käytettiin tietojen lupaavimpien signaalien todentamiseksi. Heikoimmat signaalit ohitettiin kuitenkin usein näiden menetelmien avulla jättäen kymmeniä tai jopa satoja planeettoja huomioimatta.
Pyrkiessään parantamaan tätä asiaa, Shallue ryhtyi Andrew Vanderburghiin - Kansallisen tiedesäätiön tutkinnon tutkijaan ja NASA: n Sagan-stipendiaattiin - tutkimaan, voisiko koneoppiminen kaivoa tiedot ja tuottaa lisää signaaleja. Ensimmäinen vaihe koostui hermoverkon kouluttamisesta kulkevien eksoplaneettojen tunnistamiseksi käyttämällä 15 000 aikaisemmin tarkistettua signaalia Keplerin eksoplaneettojen luettelosta.
Testijoukossa hermoverkko tunnisti oikeat todelliset planeetat ja vääriä positiivisia 96-prosenttisella tarkkuudella. Osoitettuaan kykynsä tunnistaa kauttakulkusignaalit, joukkue ohjasi hermoverkkoaan etsimään heikompia signaaleja 670 tähden järjestelmissä, joissa oli jo useita tunnettuja planeettoja. Näihin sisältyi Kepler-80, jolla oli viisi aikaisemmin tunnettua planeettaa, ja Kepler-90, jolla oli seitsemän. Kuten Vanderburg ilmoitti:
”Meillä on paljon planeettojen vääriä positiivisia positioita, mutta myös mahdollisesti todellisempia planeettoja. Se on kuin seulominen kivien läpi jalokivien löytämiseksi. Jos sinulla on hienompi seula, niin kiinni enemmän kiviä, mutta saatat saada myös enemmän jalokiviä. ”
Kepler-80: n kuudes planeetta tunnetaan nimellä Kepler-80g, maankokoinen planeetta, joka on resonoivassa ketjussa viiden naapuriplaneettinsa kanssa. Tämä tapahtuu, kun planeetat lukitaan keskinäisen painovoimansa ansiosta erittäin vakaaseen järjestelmään, samanlainen kuin mitä TRAPPIST-1: n seitsemän planeettaa kokee. Kepler-90i puolestaan on maapallon kokoinen planeetta, joka kokee elohopeamaisia olosuhteita ja kiertää 90b ja 90c ulkopuolella.
Tulevaisuudessa Shallue ja Vanderburg suunnittelevat hermoverkonsa käyttämistä Keplerin täydessä yli 150 000 tähden arkistossa. Tämän massiivisen tietojoukon sisällä monet muut planeetat todennäköisesti varitsevat ja tarjoavat mahdollisesti jo tutkittuja moniplanetaarisia järjestelmiä. Tässä suhteessa Kepler-tehtävä (joka on jo ollut korvaamaton eksoplaneettojen tutkimukselle) on osoittanut, että sillä on paljon enemmän tarjottavaa.
Kuten Nessen Ames-tutkimuskeskuksen Keplerin projektitieteilijä Jessie Dotson sanoi:
Nämä tulokset osoittavat Keplerin tehtävän kestävän arvon. Uudet tavat tarkastella tietoja - kuten tämä varhaisen vaiheen tutkimus koneoppimisalgoritmien soveltamiseksi - lupaavat edelleen tuottaa merkittävää edistystä ymmärryksessämme muiden tähtiä ympäröivistä planeettajärjestelmistä. Olen varma, että tiedoissa on enemmän ensimmäisiä tietoja, jotka odottavat ihmisten löytävän ne. "
Luonnollisesti se tosiseikka, että auringonkaltaisella tähdellä tiedetään nyt olevan kahdeksan planeettaa (kuten aurinkokuntamme), on niitä, jotka ihmettelevät, voisiko tämä järjestelmä olla hyvä veto maapallon ulkopuolisen elämän löytämiseksi. Mutta ennen kuin joku innostuu, on syytä huomata, että Kepler-90s planeettaa kaiken kiertoradan melko lähelle tähteä. Sen syrjäisin planeetta, Kepler-90h, kiertää samalla etäisyydellä tähdestään kuin Maa tekee aurinkoon.
Kahdeksannen planeetan löytäminen toisen tähden ympärillä tarkoittaa myös sitä, että siellä on järjestelmä, joka kilpailee aurinkokunnan kanssa planeettojen kokonaismäärästä. Ehkä on aika harkita uudelleen vuoden 2006 IAU-päätöstä - tiedätkö sen, missä Plutoa “demotettiin”? Ja kun olemme siinä, meidän pitäisi kenties nopeuttaa Ceresin, Erisin, Haumea, Makemaken, Sednan ja muiden planeettaa varten. Muuten, miten muuten aiomme ylläpitää levyämme?
Tulevaisuudessa samanlaisia koneoppimisprosesseja todennäköisesti sovelletaan seuraavan sukupolven eksoplaneettojen metsästysoperaatioihin, kuten Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ja James Webb Space Telescope (JWST). Nämä operaatiot on tarkoitus aloittaa vuonna 2018 ja 2019. Ja sillä välin Kepleristä tulee varmasti paljon enemmän ilmoituksia!
