222
天文學(xué)并非虛無縹緲，而是人類科技的永動(dòng)機(jī)，天文學(xué)既是推動(dòng) AI 重要的前端，又是受益AI最大的學(xué)科。
如果說過去人類的好奇心和求知欲讓人類仰頭看天，那么今天科技的進(jìn)步和應(yīng)用愈發(fā)重要，讓天文學(xué)家擁有更加先進(jìn)和快速的方法論同時(shí)，決定了我們能看多遠(yuǎn)的天空。
天文和科技交織向前三十年
過去三十年，人類社會(huì)被互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化深刻地改造，原來只能靠「等」的天文學(xué)家可以通過 AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)加快研究步伐。
以前用發(fā)現(xiàn)愛因斯坦環(huán)推導(dǎo)前景暗物質(zhì)分布的方式是解愛因斯坦場方程，要用超級計(jì)算機(jī)算兩個(gè)星期。然而現(xiàn)在，AI算法可以做圖像訓(xùn)練，從圖像到圖像，不管中間的方程。
算力的提升、大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨對于本來需要巨大算力的天文計(jì)算，變得更加迅速。
使用AI降噪進(jìn)一步把信噪比提高，相當(dāng)于把望遠(yuǎn)鏡的口徑變大，更有效地濾掉沒用的噪聲。
另一方面，未來三十年將是天文學(xué)極速發(fā)展的三十年。
近十年的諾貝爾獎(jiǎng)，天體物理拿了五個(gè)，因?yàn)樘煳膶W(xué)正在極大受益于科技，處于加速發(fā)展的態(tài)勢。
看看這些例子：在日本，科學(xué)家們正在使用智能AI驅(qū)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡對太空中的物體進(jìn)行分類，從而幫助物理學(xué)家編寫和檢驗(yàn)假設(shè)。
美國宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，不久將能讓使用者看到宇宙大爆炸后兩億年形成的星系。
一批天文學(xué)家首次在一項(xiàng)星系合并研究中使用人工智能，來確認(rèn)星系合并導(dǎo)致了恒星爆發(fā)。
越來越多的天文學(xué)家正將人工智能作為一種強(qiáng)大的探索工具，提供豐富而復(fù)雜的數(shù)據(jù)、分類星系、篩選數(shù)據(jù)以獲取信號(hào)、發(fā)現(xiàn)脈沖星、識(shí)別不尋常的系外行星等。
在這個(gè)全新的世界里，有無數(shù)未經(jīng)探索的應(yīng)用正在被試驗(yàn)，也由此產(chǎn)生了一系列人工智能天文工具。
AI輔助下脈沖星搜索效率將得到顯著提升
作為世界上最靈敏、單口徑最大的射電天文望遠(yuǎn)鏡，中國天眼 FAST工程的核心目標(biāo)在于搜尋與發(fā)現(xiàn)射電脈沖星。
而脈沖星被稱作宇宙中的燈塔，對其進(jìn)行研究，有望得到許多重大天體物理學(xué)問題的答案。
然而，由于脈沖星的信號(hào)暗弱，易被人造電磁干擾淹沒，需要借助具有極高靈敏度的FAST望遠(yuǎn)鏡來進(jìn)行探索與觀測，即科幻電影中常見的“星圖定位導(dǎo)航”。
面對海量的數(shù)據(jù)，如同大海撈針一般的搜索過程，人工智能或許可以發(fā)揮作用。
7月9日，在2021世界人工智能大會(huì)期間，騰訊與國家天文臺(tái)合作的[探星計(jì)劃]宣布正式啟動(dòng)。
雙方將基于優(yōu)圖實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、騰訊云的計(jì)算及存儲(chǔ)能力，幫助中國天眼FAST提升脈沖星搜索效率，并輔助快速射電暴和近密雙星系統(tǒng)中脈沖星搜索，助力天文探索。
2020年1月，被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）啟動(dòng)運(yùn)行以來，中國天文學(xué)在脈沖星的觀測研究上，有了長足的進(jìn)步。
FAST在1周內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)大約相當(dāng)于3000萬張信號(hào)圖，如果以人工肉眼處理，按照1張/秒速度，在不吃不喝不休息的條件下，需要用一年的時(shí)間才能處理。
如果通過AI預(yù)篩選，只需要3天時(shí)間就可以完成，將極大的節(jié)省人工時(shí)間成本。
現(xiàn)階段AI在天文發(fā)展中的阻礙
AI需要進(jìn)行深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練，其核心需求便是：擁有海量已標(biāo)注的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，用它們來調(diào)整優(yōu)化算法模型。
但天文研究里，帶有標(biāo)注的訓(xùn)練數(shù)據(jù)相對偏少，會(huì)給模型訓(xùn)練帶來困難。大膽運(yùn)用技術(shù)手段去突破當(dāng)前AI普惠的瓶頸，不過當(dāng)前的瓶頸不是在技術(shù)和應(yīng)用的需求上，而是在開發(fā)的效率上。
現(xiàn)在AI開發(fā)的效率太低，嚴(yán)重阻礙了技術(shù)和需求的結(jié)合，現(xiàn)在的模式還是比較傳統(tǒng)的手工作坊的模式。
AI探星的過程并非不簡單，首先深度學(xué)習(xí)最核心的是要有海量的已標(biāo)注數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，再利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)來調(diào)和整優(yōu)化模型。
可是天文領(lǐng)域標(biāo)注的訓(xùn)練數(shù)據(jù)相對偏少，訓(xùn)練面臨很多困難；
其次，同樣的天體信號(hào)用不同的望遠(yuǎn)鏡和設(shè)備觀測，得到的數(shù)據(jù)和展現(xiàn)形式并不完全一樣。
此外，海量的數(shù)據(jù)帶來的問題不僅僅是訓(xùn)練的問題，還有存儲(chǔ)和計(jì)算。
結(jié)尾：
看看星空，會(huì)覺得自己渺小，所以什么事情仔細(xì)一想，都沒什么大不了。就像對AI的未知，仍然大于已知一樣，人類對宇宙的探索也永無止盡。
137億光年之外，也許是無底黑暗，也許是明媚星辰。
部分資料參考：
時(shí)代財(cái)經(jīng)：《當(dāng)億萬富豪太空內(nèi)卷，馬化騰用AI圓太空夢，優(yōu)圖吳運(yùn)聲：3天完成1年工作量》
極客公園：《仰望星空的天文學(xué)家，站到了 AI 風(fēng)口上》
澎湃新聞：《FAST首席科學(xué)家：AI是天文學(xué)重要工具，尋脈沖星難在哪》
讀芯術(shù)：《AI與天文學(xué)：人工智能儀器為探索超乎想象的世界提供了可能性》
科學(xué)奧秘檔案館：《AI助力天文學(xué)研究，科學(xué)的背后，是人類文明的飛躍》
觀察者網(wǎng)：《助力天眼探星，中國AI產(chǎn)業(yè)走向縱深之地》
