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    人工智能助(zhù)力(lì)天文学:新发现五颗超短周期(qī)行星(xīng),挑战行星形成(chéng)理(lǐ)论

    2024/10/15光明日报697

    近期,由中国科学院上海天文台的葛健教授领导的一个国际(jì)科研团队(duì),在(zài)运(yùn)用人工智(zhì)能技(jì)术(shù)分析开(kāi)普勒太空望远(yuǎn)镜(jìng)于2017年发布的恒星光度数(shù)据中,取得了突破(pò)性(xìng)成果,他们发(fā)现(xiàn)了5颗(kē)前所未(wèi)有的超短(duǎn)周期行星。这些行星的直径均小于地球,且(qiě)围绕其主星旋转的周期不足一天,其中4颗与(yǔ)火星大小相仿,是迄今为止探测到的(de)距离(lí)主星最近的(de)微型行(háng)星。这一发现标志着天文学家首次利用人工(gōng)智能(néng)技(jì)术,在同一过程(chéng)中(zhōng)既搜寻到疑(yí)似信号又(yòu)成(chéng)功识别出真实信(xìn)号,相(xiàng)关研(yán)究成果已在《皇家天文学会月报》(MNRAS)这一国际天文学权威期刊上发(fā)表。

    艺(yì)术构想图示(shì)展示了(le)这些新发现的、类(lèi)似火星大小的超短周期系(xì)外行星。由于它们与主星的距离极(jí)近,这些(xiē)行星的表(biǎo)面温度极高,同时受到强烈的潮汐力作用,导(dǎo)致其内部结构(gòu)和表面形态(tài)受到挤压,可(kě)能引发频繁的火山(shān)活动(dòng)。(绘图:石琰)

    超短周期(qī)系外行星(xīng)的概念(niàn)自(zì)2011年起,便随(suí)着开普勒太空望(wàng)远镜的光度(dù)数据而进入科学视野,为行星形成(chéng)理论带来了新的(de)视(shì)角和挑战(zhàn),促使科学界(jiè)重新评(píng)估并完善了(le)现有的行(háng)星(xīng)系统形成(chéng)与(yǔ)演化(huà)模型。

    葛健(jiàn)教(jiāo)授指出,超短周(zhōu)期(qī)行星的发现对于研(yán)究(jiū)行星系统的早期发展阶段、行星间的相互作用(yòng)以及恒星与行(háng)星间的动(dòng)态关系(包括潮汐力和大气(qì)侵蚀效应)具有重要(yào)意义。这类行星可能并非在其(qí)当前位置形成,而是经历了从更(gèng)远轨道向内的(de)迁移。考虑到这些行星的主星在其早(zǎo)期形成阶(jiē)段体积远大于现在,那(nà)些(xiē)原本就靠(kào)近恒星的超短周期(qī)行星若在(zài)那个时期(qī)就已存在,很可能已被主星吞噬。此(cǐ)外(wài),鉴于超短周期行星往往伴随(suí)着(zhe)轨道周期较长的外部行星被发现,科学(xué)家推(tuī)测,超短(duǎn)周(zhōu)期行星的起源可能与行星间的相互作用有关,这(zhè)些(xiē)相互作用将超短周期行星重(chóng)新安置(zhì)到了(le)它(tā)们现(xiàn)在紧邻主星的轨道上,这些轨道(dào)在(zài)恒星形(xíng)成初期可能原本由恒星(xīng)自身占据。另外(wài),这种轨(guǐ)道迁移也(yě)可能是由(yóu)原行星盘的(de)相互作用或与主星的潮汐相互作用所驱动的。

    然(rán)而,超短周期行星在(zài)类(lèi)似太阳的恒星周围(wéi)相对(duì)罕见,发生率仅为约0.5%,通常其半径小于地球的两(liǎng)倍(bèi),或是在极端情(qíng)况下,如超(chāo)热木(mù)星,其半(bàn)径可超过地球(qiú)的十倍。迄今为止,人类总共仅探测到145颗(kē)超短(duǎn)周期行星,其中仅30颗的半径小于地(dì)球。葛(gě)健表示:“由于(yú)样本量有限,我们对超短周期行星的了解仍然非常有限,难以准(zhǔn)确掌握它(tā)们(men)的(de)统计特征和出现率(lǜ)。”

    这项新(xīn)研(yán)究为探索超短周期行星(xīng)提(tí)供了创新的途径——研(yán)究(jiū)团队开发(fā)了一种结(jié)合图(tú)形(xíng)处理器(GPU)相位折(shé)叠技术和卷积神经网络的深度(dù)学习算法(fǎ)。普林斯顿大学的(de)天(tiān)体物理学(xué)家乔西·温教授对此评论道:“超短周期行星,或(huò)称(chēng)‘熔岩(yán)世界’,因其极端(duān)且出(chū)人(rén)意(yì)料的(de)特性(xìng),为我们揭(jiē)示了行星轨道(dào)随时(shí)间变化的线索(suǒ)。我曾(céng)以(yǐ)为开普勒数据中的凌星信号已被(bèi)充分挖掘,不(bú)会再有(yǒu)新行星被发现。但这项新技术的(de)应用成就令我(wǒ)深感(gǎn)震撼。”

    葛健透露(lù),这项(xiàng)工作的实(shí)际启动可追溯(sù)至2015年。当时,在佛罗里达大学计算机系李晓林教(jiāo)授的(de)启发下,他们开始尝试将(jiāng)人(rén)工智能的深度(dù)学习技(jì)术应用于开普(pǔ)勒(lè)发(fā)布的(de)光(guāng)度(dù)数据,以(yǐ)期发现传统方(fāng)法(fǎ)遗漏的微弱凌星信号(hào)。经过(guò)近十年的不懈努力,他(tā)们终于迎来了(le)首次重大发现。“要在海量的天文数据(jù)中利(lì)用人工智能挖(wā)掘出极为罕见的新天体,不仅需要创新的人工智能算法,还需要基于(yú)新(xīn)发现现(xiàn)象的物理特征构(gòu)建的大量(liàng)人工数据集进行训练,以确保(bǎo)能(néng)够快速、准确且全面地探测到这些在传统方法(fǎ)下难以捕捉的微(wēi)弱信(xìn)号。”葛健强调。

    关键词(cí): 人(rén)工智(zhì)能,系外行(háng)星




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