24小时值班、调配卫星观测、管理挖掘数据,AI这个助手被天文学家“盯”上了

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寻找“另一个地球”微弱的信号需要人工智能(AI)来搜索,巡天望远镜带来的大数据需要AI来帮助挖掘,未来的“宇宙猎人”捕捉“宇宙焰火”空站的1000多个实验需要AI来帮助观看,需要数字结对和AI分析…

7月4日下午,在2024世界人工智能大会“AI for Science——人工智能赋能中国空天文学论坛”上,其实各国天文学家都在表达对AI的强烈需求。人工智能作为一种强有力的方法和工具,无疑将对天文科学的发展产生革命性的影响。作为人工智能应用和驱动科学发展的最佳场景之一,天文学在空之间是“AI+& quot;在的赋能下,将催生新的科研范式,有望成为“核爆点”。

在AI的帮助下,可以在海量数据中高效地发现宇宙的奥秘。

预计2027年,中国空站的空间望远镜(CSST)发射空时,将采集每幅图像5G,一年采集12万幅图像,总数据量超过30PB(1PB约为100万GB)。而这还只是一个望远镜产生的数据量空。空站间高能宇宙辐射探测器(HERD)每年也会产生3.5PB的数据。

空间科学与应用技术专家、中国科学院院士顾逸东提到,随着近年来空间科学在中国的快速发展,其产生的数据量在空前呈指数级增长。”他们从数十亿个不同类型的天体中获取形状、光谱、坐标、红移、引力透镜、爆发时变等大量数据,依靠传统的数据处理模式难以满足科研需求。”

幸运的是,近年来天文学家一直在积极寻求AI的帮助,他们收获了许多惊喜。

麻省理工学院天体物理研究所空副教授安德鲁·范德伯格(Andrew Schmidt)利用神经网络和机器学习来识别开普勒望远镜获得的系外行星信息,目前已经发现了8颗系外行星。

日本天文学家训练AI识别星系的旋臂、螺旋、旋转棒等亚结构,并应用于星系的形态分类,正确率为97.5%。

中科院上海天文台研究员葛健通过ai的深度学习和信号特征训练,从海量数据和强噪声中发现了过去极难发现的微弱信号,发现了107个星系冷气体的弱中性碳吸收体。

高电荷高能核素Jean ” Wu 空”仪器上的”火&quot “结果,大块的数据被丢弃,研究人员通过AI工具重建了这些粒子的正确轨迹,这是经典方法难以实现的。

但目前我国天文领域的AI赋能空才刚刚起步。顾逸东认为,AI赋能在宇宙学和天体物理模拟、天文知识图谱构建、天文卫星和望远镜健康诊断等方面取得了长足的进步。

未来,卫星将依靠人工智能进行24小时值班调度。

就在两周前,中科院高能物理研究所粒子天体物理中心主任张双南刚刚把“宇宙猎人星座”CATCH-1,即CATCH的技术验证星,送上了天。这是一个宏大的计划:未来几年,将把100多颗小卫星批量送上天空,形成星座。以“各种有特色的天体。

张双南回忆起过去的七年,在自己的果断决策下,“天眼”卫星抓住了重要的观测机会,其成果被列入2020年《自然·科学》十大科学事件,2022年也被观测到。百万年一遇的伽马射线爆发。”我担心的是,若干年后,我如何指挥数百颗卫星,使它们友好合作?”张双南认为,即使有100名首席科学家和他们的团队夜以继日地工作,这也是不可能的。

与张双南一样担心的还有“爱因斯坦探测器”(EP)卫星首席科学家助理、中国科学院国家天文台研究员金池川。EP卫星的主要科学目标是捕捉“宇宙焰火”临时源。目前卫星传回的大量数据中,每天约有50次人工检查,对每个临时源的分析需要调用不同的工具和参考数据,耗时约30分钟。”我们迫切需要AI辅助值班人员的角色,提高临时源的认证效率。”

虽然天文学家已经开始尝试用AI工具解决这些问题,但显然不可能一蹴而就。顾逸东认为,是否有必要通过采用最新的软件架构和高性能的硬件设施,并通过与人工智能界和计算科学家的合作,规划和开发一个集成或分布式的天文AI平台,是空之间天文学界需要认真考虑和讨论的问题。

“AI+云”将成为下一代调查数据管理模式。

巡天是一种有效的天文观测手段。哈勃望远镜多年来只覆盖了1%的天空,而巡天望远镜几年就能观测到3/4的天空。但是,为了利用好它产生的海量数据,需要高效完善的数据管理手段。933数据结构与计算机网络

尽管距离中国空站巡天望远镜CSST的预定升空还有两三年时间,但中国空站巡天望远镜科学应用组首席科学家、中科院国家天文台研究员刘超已经对未来产生的海量数据感到担忧。“CSST 空崛起十年后,将会观测到超过100亿个天体。如何管理生成的数据?”

从19世纪末至今,调查数据经历了三代发展模式:第一代是将观测数据列成目录,形成纸质出版物;第二代是数据库形式;第三代已经发展到“云”模型。在刘超看来,下一代调查数据管理模式应该是“AI+云”。

“空之间的天空测量需要对各种测量数据进行融合,比如对地面和空之间的测量设备数据进行对比和补充。”刘超说,时域天文学越来越强调天体。既要看细节,也要看全局”。AI通过自我监督学习获得星系的特征,从而为天文学家提供更全面的信息,促进天文学的发展。真正用AI工具赋能天文,“未来天文学家要掌握AI技术,也要掌握计算机语言。。

作者:许

文:许摄影:许/图片编辑:TeeChart官网

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