“開普勒”：人類在宇宙中真的孤獨嗎？

文/毛新愿

▲ 約翰內(nèi)斯·開普勒

▲ 開普勒空間望遠鏡

開普勒空間望遠鏡名字來自于人類偉大的天文學(xué)家約翰內(nèi)斯·開普勒（1571-1630），他總結(jié)的開普勒三大定律成為人類認識天體和宇宙的基礎(chǔ)，這也成為后來的艾薩克·牛頓（1643-1727）總結(jié)出影響人類深遠的萬有引力定律重要啟蒙。

所有的人類文明和歷史都孕育在地球表面薄薄的土壤層上，光線圍繞地球轉(zhuǎn)一圈只需要0.13秒，但宇宙的可探測半徑已經(jīng)超過了465億光年。人類不禁想問，在宇宙中我們真的是孤獨的么？

在2009年3月7日，承前啟后的開普勒空間望遠鏡順利升空，它的重要使命就是嘗試回答人類這個問題，首要目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)太陽系外的類似地球的行星。換句話說，發(fā)現(xiàn)外星生命的家園。

當(dāng)然，望遠鏡命名也是向偉大的約翰內(nèi)斯·開普勒致敬，再恰當(dāng)不過了。

“開普勒”的四大絕活

為了讓開普勒空間望遠鏡觀測到更多信息，科學(xué)家們可謂煞費苦心，巧妙設(shè)計了四大絕活：

1.“高效”軌道。這個望遠鏡現(xiàn)在運行在尾隨地球但處于外側(cè)的周期達372.5天的軌道上，它最大限度回避了太陽和地球的影響，能夠長期在穩(wěn)定平臺上觀測目標(biāo)，同時跟地球保持高速通信。

2.“火眼金睛”。開普勒空間望遠鏡觀測系外行星的方式是凌日法，即行星擋在恒星前面時會導(dǎo)致恒星的亮度稍微降低，如果觀測到連續(xù)三次凌日，就可以確定它是顆凌日行星，從而得到它的軌道周期、大致大小等信息。

3.明察秋毫。可以想象，“開普勒”觀測到的恒星與地球之間的距離以光年計，這么遠的距離恒星不過是一個不起眼的小點，而觀測它微弱的亮度變化更是難上加難，必須要求望遠鏡能夠看到極其微弱的細節(jié)。而開普勒望遠鏡的觀測精度達到了驚人的0.01%星等。這是個什么概念呢：就好比是人的肉眼看一個極亮的探照燈，已經(jīng)看不到任何東西了，但此時有一粒極小的灰塵從燈前飛過對探照燈亮度造成的影響，卻可以被望遠鏡觀測到。

4.“目不轉(zhuǎn)睛”。行星凌日并不容易觀測到，而宇宙又是如此之大且充滿了各種干擾。開普勒空間望遠鏡發(fā)射后，目前觀測目標(biāo)定位在天鵝座附近的一小塊星空，每隔80天做出一定變化。它每次觀測數(shù)量多達14.5萬顆恒星，每隔30分鐘就會拍一張照片，對比它們的區(qū)別，如果有任何一顆恒星出現(xiàn)亮度異常，就要繼續(xù)確認是否發(fā)生了行星凌日現(xiàn)象。

已確認2652顆系外行星

▲ 開普勒-90系統(tǒng)行星大小和太陽系行星大小對比示意圖

▲ 行星凌日光線變化圖

截至2018年4月13日，開普勒空間望遠鏡已經(jīng)確認了2652顆系外行星，隨著任務(wù)的繼續(xù)這個數(shù)據(jù)還在不斷增加。人類這么多年來總共才發(fā)現(xiàn)并確認了3767顆系外行星，開普勒空間望遠鏡的發(fā)現(xiàn)遠遠超過了任何一種地面望遠鏡和空間望遠鏡的觀測結(jié)果，更何況的它的觀測能力也遠超其他望遠鏡。

北京時間2017年12月15日夜間，美國宇航局放出了一個重磅新聞：開普勒空間望遠鏡在距離地球2545光年的地方發(fā)現(xiàn)了另一個“太陽系”：有共計8顆行星圍繞著一個暫時被命名為開普勒-90的恒星運動，這顆恒星與太陽非常接近。

而人類目前已知的含有行星的天體系統(tǒng)中，僅僅它和太陽系擁有8顆行星，著實是兩個龐大的家族！但更讓人吃驚的還在后面。

事實上這個新“太陽系”數(shù)據(jù)被記錄下來后，科學(xué)家在經(jīng)過分析后，認為這里可能擁有6顆～7顆行星。對于一些多行星的系統(tǒng)來說，距離恒星過近的行星往往由于體積過小和公轉(zhuǎn)周期過快，很難被確認。但這個時候能夠深度機器學(xué)習(xí)的人工智能出現(xiàn)了，它來自于谷歌研發(fā)人工智能的專業(yè)團隊。

人工智能的加入

相信整個人類還處在被阿爾法狗虐智商、被Atlas人形機器人虐身體素質(zhì)的陰影里沒有出來，而這次它們要出來虐世界上最頂級的科學(xué)家們了。研發(fā)團隊找科學(xué)家們要了15000組開普勒觀測到、被科學(xué)家們花了數(shù)年后確認已經(jīng)是完全正確的信號，于是這套智能系統(tǒng)開始分析它們，從0學(xué)習(xí)如何辨別系外行星。

▲ “開普勒”發(fā)現(xiàn)的行星數(shù)量

按照谷歌團隊技術(shù)負責(zé)人的說法：“僅僅用了兩個小時，它（人工智能）就能分析完所有的數(shù)據(jù)”。而美國宇航局的科學(xué)家們在用新數(shù)據(jù)對它進行考核之后說：“它的考試成績達到了96分！（96%的正確率）”。

這遠不是頂級科學(xué)家可以在兩個小時內(nèi)達到的成績。發(fā)現(xiàn)了人工智能的強大之后，科學(xué)家們迅速把他們完全搞不定的數(shù)據(jù)扔給它處理，尤其是那些擁有較多行星數(shù)量的系統(tǒng)。不出意外，人工智能在開普勒-90系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了科學(xué)家們未曾發(fā)現(xiàn)的開普勒-90i，這是一顆周期僅有14.4天的較小巖石質(zhì)地（類地）行星，它也確認了另外7顆的準(zhǔn)確信號。

人工智能團隊“建議”科學(xué)家們持續(xù)觀測這個系統(tǒng)，它們一定會有更大發(fā)現(xiàn)。

▲ TESS 衛(wèi)星

按照開普勒空間望遠鏡工作這幾年的狀態(tài)，它發(fā)現(xiàn)幾乎每一個恒星附近都存在行星系統(tǒng)，而每六個系統(tǒng)里就有一顆類似地球的行星處在宜居帶上。在宜居帶內(nèi)，行星上可能存在液態(tài)水，也可能孕育與地球類似的生命。

然而，目前銀河系里估計出來的恒星數(shù)量大約有1000億～ 4000億個！目前人類已經(jīng)觀測到的宇宙中，像銀河系這樣的星系大約有1000億個！目前人類的研究還在不斷把人類認識到的宇宙持續(xù)擴大！

因此，美國宇航局科學(xué)家根據(jù)開普勒空間望遠鏡的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，估計宇宙中像地球一樣的行星數(shù)量大約為以下這個級別：

16,999,999,999,983,000,000,000

但這還沒完，凌日系外行星巡天望遠鏡（TESS）已經(jīng)發(fā)射，詹姆斯·韋伯望遠鏡將在2020年發(fā)射，廣域紅外巡天望遠鏡將在2020年發(fā)射。它們將極大提升人類對系外行星的了解，人類發(fā)現(xiàn)的系外行星數(shù)量預(yù)計將呈幾何級數(shù)上升。

人工智能開始涉足人類最頂級的科研，而未來這些空間望遠鏡的數(shù)據(jù)必然也越來越多依靠它們來分析。如果真的發(fā)現(xiàn)了外星人的微弱信號，無疑也是人工智能最先發(fā)現(xiàn)。

但是將會是誰,是否、何時、如何做出回答呢？