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用AI搜寻「宇宙灯塔」,这家公司为何执着于星辰大海?

星星,自古以来寄托了人类无尽的浪漫和幻想。刘慈欣《三体》第三部的一位男主甚至买了一颗星星送给暗恋的女孩。

随着航天技术的发展,人类已经能够近距离接触一些星星,甚至把探测器送上了火星。但在发现新星的路上,天文学家却遇到了一些阻碍。

在美丽的中国贵州,一座巨大的天文望远镜坐落于群山之中。它就是有着「中国天眼」之称的500米口径球面射电望远镜FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)。


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作为全世界最灵敏、单口径最大的射电天文望远镜,FAST的核心目标是搜寻与发现射电脉冲星。


脉冲星是一种快速旋转的中子星,由恒星演化和超新星爆发产生,可用于引力波探测、黑洞等相关研究,这有助于解答许多重大物理学问题。



此外,由于可以发出精确的周期性脉冲信号,脉冲星还有星际导航的作用,因此被称为「宇宙灯塔」。它在星际旅行中发挥的作用就类似我们在地球上用的GPS。


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然而,发现脉冲星并不是一件容易的事情。它的信号暗弱,易被人造电磁干扰淹没,因此需要借助具有极高灵敏度的FAST望远镜来进行探索与观测。

为了寻找脉冲星,FAST每天都在兢兢业业地「巡天」,然后生成一些原始数据。这些数据经过脉冲星搜寻程序可以被转换为大量的脉冲星候选体分析图表,即信号图:


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但麻烦在于,FAST的工作能力太强了,每周产生的数据大约相当于3000万张信号图。如果以人工肉眼处理,按照1张/秒的速度,即使每天工作24小时也需要大约一年的时间才能处理完。

显然,这个活儿并不适合人亲自来干,交给AI似乎更加合理。

FAST首席科学家李菂在接受澎湃新闻采访时表示,其实他们早就已经开始用AI处理FAST产生的数据,但真正的挑战在于,他们一般只能用可以公开拿到的现成工具,没有真正能够做AI开发的人。「即使是能够去学一下新的技术,这样的人可能也就四、五个。」

由此看来,要想充分发挥FAST的潜力,一个专业的AI队伍是必不可少的「搭档」。

最近,FAST等来了它的搭档。在7月9日的世界人工智能大会上,腾讯与国家天文台合作的「探星计划」正式官宣启动。根据这一计划,双方将基于优图实验室的计算机视觉技术以及腾讯云的计算和存储能力,帮助FAST提升脉冲星搜索效率,并辅助快速射电暴和近密双星系统中的脉冲星搜索,助力天文探索。未来,双方还将联合AI+天文成果进展,开展天文科普、科学成果发布、联合IP打造等系列活动。


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「我们会用机器学习的方式来寻找疑似样本,再交给专业的人员看是不是我们真正发现了信号。」腾讯优图实验室副总经理黄飞跃表示。

这其中的难点在于,天文领域有标注的训练数据是非常少的,而且不同型号的观测设备所生成的数据类型、展现形式都不一样。为了解决这些问题,腾讯优图的团队采用了自监督学习、跨域学习等方法。

当然,除了算法,腾讯在计算能力、基础设施等方面的积累也将为FAST的数据处理工作提供很大助力。有了这一专业团队的加持,原来人工需要1年才能完成的数据工作量现在3天就能完成。

据李菂透露,与腾讯合作以来,他们已经新发现了一些脉冲星。「脉冲星的发现全世界很多地方都在做,但我们发现脉冲星的效率远远高于其他机构,」腾讯云副总裁、腾讯优图实验室总经理吴运声介绍说

那发现脉冲星之后,天文学家要研究它的哪些信息呢?李菂解释称,「先要测量它的时间特性,还有它辐射的特性,它在一个周期里强度是怎么变化的,这个蕴含了星体周围的条件。还有一个比较有意思的点是:(脉冲星的)信号穿过星际空间,星际空间不完全真空,还有电子,就像光穿过水一样,会有折射。折射在我们这个领域叫做射散,因为不同频率的光速度不一样,这样会产生类似于声波的多频效应,高频的信号先到,低频的信号后到。通过处理,我们可以得到特征,通过这个特征继续反推星际空间中存在的物质。」

对于人类来说,寻找脉冲星是为了更好地探索星辰大海。但对于普通商业公司来说,这是一件短期内无法盈利的事情。对此,吴运声解释说,「不管是在优图还是在公司,我们不是做的每件事情都要考虑它的经济价值或者收入。我们自己还是有使命的,像腾讯也提出了『科技向善』的理念,所以很多东西除了有经济或者收入上的考虑之外,我们还会做一些我们认为对于整个社会的长期发展有价值的事情,包括我们以前做的寻人以及这次的探星计划。它们跟实际的经济收入没有什么关系,但是我们觉得它代表了一个社会向善的进展或者路径,我们也觉得这些事情对于社会长期的价值是非常有帮助的,所以我们非常乐意投入资源去推动这样的事情。」

在之前的采访中,刘慈欣也被问及为什么要在《三体》中写灭绝式的人类灾难以及人类的星际逃亡问题。对此,大刘的回答是:「我们现在每个人都有一个保险,那整个人类就不能有一个保险吗?我们生活的宇宙是一个非常严酷的环境,地球的环境也随时都可能发生剧变。假如我是一个人大代表,我就会提一个提案,让人类做好超级灾难的准备。」从这个角度来看,人类对于星辰大海的探索也是给自身上的一个保险,需要全人类共同努力。这也是我们对上述合作感到欣慰的理由。

未来,我们希望看到更多的商业公司开始仰望星空,探索人类的未来发展之路。

参考链接:https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_13513723
https://www.zhihu.com/question/470923118/answer/1988629091

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自监督学习技术

一个例子中的内容特别多,而用一个例子做一个任务,就等于把其他的内容浪费了,因此我们需要从一个样本中找出多个任务。比如说遮挡图片的一个特定部分,用没遮挡部分来猜遮挡的部分是一个任务。那么通过遮挡不同的部分,就可以用一个样本完成不同任务。Yann Lecun描述的这个方法被业界称作「自监督学习」

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