尋找暗物質(zhì)，機(jī)器比人的眼神好。近期《計(jì)算天體物理學(xué)和宇宙學(xué)》發(fā)表的一篇論文顯示，美國(guó)勞倫茲伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱“伯克利實(shí)驗(yàn)室”）等機(jī)構(gòu)共同研制的深度學(xué)習(xí)AI框架，能夠探尋宇宙里暗物質(zhì)的跡象。

近幾年，人工智能越來(lái)越多應(yīng)用于天文學(xué)研究。深度學(xué)習(xí)需要海量數(shù)據(jù)，而天文學(xué)正是AI大顯身手的領(lǐng)域。機(jī)器可以替人類從茫茫大海里撈針，捕捉到新的恒星、新的地外行星甚至暗物質(zhì)。

辨認(rèn)“引力透鏡”，AI立功了

尋找“引力透鏡”是研究暗物質(zhì)分布的基本方法。巨大質(zhì)量的物體會(huì)像透鏡一樣扭曲路過(guò)的光線，找出這種扭曲就能捕捉到不發(fā)光的質(zhì)量物。

論文顯示，伯克利實(shí)驗(yàn)室建立的深度學(xué)習(xí)AI框架CosmoGAN，可以分析引力透鏡與暗物質(zhì)的關(guān)聯(lián)。它可以創(chuàng)建高保真、弱引力透鏡收斂圖。

曾幾何時(shí)，尋找“引力透鏡”所需的模擬和數(shù)據(jù)處理很麻煩。20名科學(xué)家花費(fèi)了好幾個(gè)月的時(shí)間只能查看一小塊空間圖像。物理模擬需要數(shù)十億個(gè)計(jì)算小時(shí)，占用數(shù)兆字節(jié)的磁盤空間。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步提供了機(jī)會(huì)。伯克利實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)引入一種“生成性對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GANs）”。研究者穆斯塔法說(shuō)：“也有別的深度學(xué)習(xí)方法可以從許多圖像中得到收斂圖，但與競(jìng)爭(zhēng)方法相比，GANs生成非常高分辨率的圖像，同時(shí)仍有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高效率。”

現(xiàn)在，天文學(xué)家可以用CosmoGAN分析大得多的天區(qū)，速度也更快。

CosmoGAN不是唯一取得進(jìn)展的天文學(xué)深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。比如多倫多大學(xué)利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)解析月球隕石坑的衛(wèi)星圖像，P8超級(jí)計(jì)算機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在僅僅幾個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)現(xiàn)6000個(gè)新的隕石坑，是過(guò)去幾十年中人類發(fā)現(xiàn)隕石坑數(shù)量的2倍。伊利諾伊大學(xué)厄巴納－香檳分校利用深度學(xué)習(xí)來(lái)探測(cè)和分析黑洞碰撞的引力波。AI在天文學(xué)遍地開(kāi)花。

數(shù)據(jù)太多，沒(méi)機(jī)器玩不轉(zhuǎn)

過(guò)去幾年里，天文領(lǐng)域的大多數(shù)方向都在嘗試使用人工智能�？紤]到天文學(xué)要處理的數(shù)據(jù)之多，這是一個(gè)很自然的思路。讓機(jī)器練習(xí)去分析蛛絲馬跡，不如此，未來(lái)的天文學(xué)將無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。

不久前舉辦的2019年GPU技術(shù)大會(huì)吸引了全世界的人工智能學(xué)者。大會(huì)請(qǐng)來(lái)加州大學(xué)圣克魯茲分校的天文學(xué)家布蘭特·羅伯特森演講，他指出：“天文學(xué)正在一場(chǎng)新的數(shù)據(jù)革命的風(fēng)口”。羅伯特森認(rèn)為，新一代天文儀器必須配合由深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的新一代軟件。

比如預(yù)計(jì)在3年后運(yùn)行的大口徑全天巡視望遠(yuǎn)鏡（LSST）。它巡視南天那一半宇宙中的370億個(gè)星系，生成一部時(shí)長(zhǎng)十年的不間斷視頻。LSST配備的是32億像素的相機(jī)，每晚產(chǎn)生25TB的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于現(xiàn)在先進(jìn)天文望遠(yuǎn)鏡一生貢獻(xiàn)的所有數(shù)據(jù)。

再比如平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）。它遍布全球，一部分天線在非洲南部8國(guó)部署，還有100多萬(wàn)天線位于澳大利亞和新西蘭。它的原始數(shù)據(jù)每天達(dá)到5千個(gè)PB，處理后也有50個(gè)PB左右。

“暗能量巡天”編制幾億個(gè)星系的星圖；“蓋亞”衛(wèi)星測(cè)繪銀河系數(shù)十億恒星；“茲威基”項(xiàng)目每小時(shí)能夠掃描3750平方度的天區(qū)。在中國(guó)，F(xiàn)AST每天的數(shù)據(jù)量將達(dá)150TB；郭守敬望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了901萬(wàn)條光譜，是世界上最大的天體光譜庫(kù)……