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看人工智能 如何发现夜空中最亮的星
2022-09-12

本报记者 高 博

寻找暗物质,机器比人的眼神好。近期《计算天体物理学和宇宙学》发表的一篇论文显示,美国劳伦兹伯克利国家实验室(以下简称“伯克利实验室”)等机构共同研制的深度学习AI框架,能够探寻宇宙里暗物质的迹象。

近几年,人工智能越来越多应用于天文学研究。深度学习需要海量数据,而天文学正是AI大显身手的领域。机器可以替人类从茫茫大海里捞针,捕捉到新的恒星、新的地外行星甚至暗物质。

辨认“引力透镜”,AI立功了

寻找“引力透镜”是研究暗物质分布的基本方法。巨大质量的物体会像透镜一样扭曲路过的光线,找出这种扭曲就能捕捉到不发光的质量物。

论文显示,伯克利实验室建立的深度学习AI框架CosmoGAN,可以分析引力透镜与暗物质的关联。它可以创建高保真、弱引力透镜收敛图。

曾几何时,寻找“引力透镜”所需的模拟和数据处理很麻烦。20名科学家花费了好几个月的时间只能查看一小块空间图像。物理模拟需要数十亿个计算小时,占用数兆字节的磁盘空间。

神经网络的进步提供了机会。伯克利实验室领导的团队引入一种“生成性对抗网络(GANs)”。研究者穆斯塔法说:“也有别的深度学习方法可以从许多图像中得到收敛图,但与竞争方法相比,GANs生成非常高分辨率的图像,同时仍有神经网络的高效率。”

现在,天文学家可以用CosmoGAN分析大得多的天区,速度也更快。

CosmoGAN不是唯一取得进展的天文学深度学习神经网络。比如多伦多大学利用深度学习技术解析月球陨石坑的卫星图像,P8超级计算机的神经网络在仅仅几个小时内发现6000个新的陨石坑,是过去几十年中人类发现陨石坑数量的2倍。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校利用深度学习来探测和分析黑洞碰撞的引力波。AI在天文学遍地开花。

数据太多,没机器玩不转

过去几年里,天文领域的大多数方向都在尝试使用人工智能。考虑到天文学要处理的数据之多,这是一个很自然的思路。让机器练习去分析蛛丝马迹,不如此,未来的天文学将无法运转。

不久前举办的2019年GPU技术大会吸引了全世界的人工智能学者。大会请来加州大学圣克鲁兹分校的天文学家布兰特