天體物理學(xué)家張雙南：AI將指揮天文衛(wèi)星探索宇宙

5月17日消息，由搜狐主辦的2023搜狐科技峰會17日上午在北京開幕。中科院國家天文臺空間科學(xué)研究部首席科學(xué)家張雙南在峰會上提到，人工智能一定可以助力天文學(xué)研究，在未來全面探索宇宙過程當(dāng)中發(fā)生非常重要的作用。

張雙南今天發(fā)表了題為《從慧眼天文衛(wèi)星到智能獵人星座：Catch you all！》的演講。他認(rèn)為，面對變化多端而又無法預(yù)測的宇宙，今天的觀測能力實(shí)在是非常有限。因此希望利用獵人星座計(jì)劃全面探索爆發(fā)可變化的宇宙。該計(jì)劃將有百顆數(shù)量級微納衛(wèi)星組，成本低且可以成批進(jìn)行無漏網(wǎng)觀測。

不過，指揮上百顆衛(wèi)星需要多個(gè)科學(xué)家，且難以實(shí)現(xiàn)無漏網(wǎng)地觀測，因此需要人工智能的幫忙。

以下為張雙南演講全文：

我下面用簡短的時(shí)間給大家介紹一下宇宙當(dāng)中在發(fā)生什么，非常激動(dòng)人心的事情，讓我們會花很多的錢要研制非常先進(jìn)的天文儀器。

先講一個(gè)故事。2020年4月，我們下定決定讓慧眼衛(wèi)星運(yùn)行兩天，去觀測天體中子星。在作出這個(gè)決心以后，10個(gè)小時(shí)就發(fā)生了一件非常重要的事情：慧眼衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了快速射線暴來自于中子星。

過去一些年里面有一個(gè)非常重大的天文疑難就是快速射線暴來自于哪里？快速射線暴首先產(chǎn)生的時(shí)候非常快，幾毫秒時(shí)間，當(dāng)它發(fā)生的時(shí)候比天上所有的產(chǎn)生無線電信號、天體源信號加起來都要亮，但是一直不知道來源于哪里。有時(shí)候它會在某一個(gè)方向上會重復(fù)，有時(shí)候還有周期性。所以有些人說這是外星人的信號。

慧眼衛(wèi)星觀測到中子星產(chǎn)生了一個(gè)劇烈的X線爆發(fā)，8.6秒之后，美國和加拿大射線天線發(fā)現(xiàn)在那個(gè)方向有一個(gè)快速射線暴，而我們證明了他們看到的快速射線暴和我們看到的X射線爆發(fā)是同一個(gè)天氣同一個(gè)過程當(dāng)中產(chǎn)生的，因此不是外星人的信號。

有記者問：萬一外星人很聰明，就住在中子星上呢？我說，中子星上連完整的原子都不可能存在，溫度很高，一定是等離子體，磁場很強(qiáng)，電子和質(zhì)子距離一定要拉開，外星人不可能在上面存在。

第二個(gè)故事是去年10月9號慧眼衛(wèi)星的另一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。這次發(fā)現(xiàn)了迄今為止人類所觀測到最亮的伽馬射線爆。有些人推測，這是一萬年才發(fā)生一次，一萬年以后可能我們的文明是另外一個(gè)形態(tài)，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)這個(gè)伽馬射線暴給我們提供了理解宇宙爆發(fā)事件非常好的工具。

這個(gè)伽馬射線暴怎么產(chǎn)生的？根據(jù)我們的數(shù)據(jù)和國外的數(shù)據(jù)，我們理解是一顆質(zhì)量非常大的恒星，演化到最后變成了黑洞，在這個(gè)過程當(dāng)中產(chǎn)生了極端相對論噴流，速度基本是光速了，產(chǎn)生了極強(qiáng)的伽馬射線暴，方向正對著我們。所以這種機(jī)會非常少，我們得到了這樣一個(gè)結(jié)果。

但是從慧眼衛(wèi)星從2017年發(fā)射到今天，我也做了很多錯(cuò)誤的決定，決定讓我們的慧眼衛(wèi)星指過去觀測這個(gè)天體卻一無所獲。所以每次觀測成功了之前，其實(shí)我們失敗了很多次。

面對變化多端而又無法預(yù)測的宇宙，我們中國只有一個(gè)X射線天文衛(wèi)星，今年年底可能再發(fā)射一顆，明年還會再發(fā)射一個(gè)衛(wèi)星，但是還是很少。全世界也只有屈指可數(shù)的X射線天文衛(wèi)星，為什么這樣的天文衛(wèi)星這么少？

因?yàn)橐活w這種衛(wèi)星造價(jià)為幾億到上百億人民幣，而且研制和發(fā)射時(shí)間非常長，通常是幾年到幾十年。且壽命可能是零，因?yàn)榘l(fā)射很可能立刻失敗，這樣的例子也是有的，最多幾十年，這是完美的情況?；垩坌l(wèi)星2017年發(fā)射運(yùn)行到今天，我們感覺到非常幸運(yùn)，設(shè)計(jì)壽命只有四年，預(yù)計(jì)還能夠運(yùn)行幾年的時(shí)間。

所以面對變化多端而又無法預(yù)測的宇宙，今天的觀測能力實(shí)在是非常有限，這既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。如果面對非常多事件的時(shí)候，我們會有嚴(yán)重不足的觀察設(shè)備。我們的機(jī)遇就是要解決兩者的失衡，我們有沒有辦法在能夠檢測到宇宙當(dāng)中變化的同時(shí)，又有足夠多的天文望遠(yuǎn)鏡資源，對每一個(gè)變化的天體進(jìn)行跟蹤，而不需要做出很困難的決策。

這個(gè)機(jī)遇就是我最后要給大家介紹個(gè)獵人星座。

我們希望利用獵人星座全面探索爆發(fā)可變化的宇宙。這個(gè)計(jì)劃的優(yōu)點(diǎn)是，將有百顆數(shù)量級微納衛(wèi)星組成，成本很低。百顆衛(wèi)星基本是一顆慧眼衛(wèi)星的成本。我們不再糾結(jié)什么時(shí)候一定跟著臘個(gè)天體，可以成批進(jìn)行觀測，沒有漏網(wǎng)，而且要活捉，將用人工智能實(shí)時(shí)指揮這些衛(wèi)星，當(dāng)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)候立刻跟上去看。

所以高質(zhì)量的觀測，我們希望有很多的衛(wèi)星組成星座對各種天體進(jìn)行觀測。

然而問題來了，如何指揮上百顆衛(wèi)星友好合作，如何讓它們合作起來做到無漏網(wǎng)高質(zhì)量的觀測？就我的能力來講，我能力指揮兩到三顆衛(wèi)星，10顆衛(wèi)星完全不可能指揮，給我一個(gè)團(tuán)隊(duì)也不可能指揮，因?yàn)槲覀円塘坎判?，只要人進(jìn)行商量，你就不可能完成無漏網(wǎng)高質(zhì)量的觀測，給我一百個(gè)首席科學(xué)家，一百個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)也不可能指揮上百顆衛(wèi)星進(jìn)行這樣的觀測。

因此我們需要有智能化的望遠(yuǎn)鏡星座實(shí)時(shí)自動(dòng)控制上百顆衛(wèi)星，我們才能完成這上百顆衛(wèi)星合起來可以圍剿某一個(gè)非常重要的天體。

當(dāng)然我們需要進(jìn)行人工智能的訓(xùn)練，需要策略的上傳，而且分布式的即時(shí)決策等非常復(fù)雜的工作。我們是請專業(yè)的人工智能團(tuán)隊(duì)和我們一起工作，了解天文學(xué)家需求，我們一起來設(shè)計(jì)這個(gè)任務(wù)，來完成這個(gè)工作。

最后，我想說，為了發(fā)展智能星座，我們實(shí)驗(yàn)室很多年前就開始布局研制輕量化望遠(yuǎn)鏡。因?yàn)橐旁谝话俣囝w衛(wèi)星上，每顆衛(wèi)星上攜帶一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，衛(wèi)星就不能太大，好在我們現(xiàn)在已經(jīng)有了這樣的望遠(yuǎn)鏡技術(shù)，而這個(gè)技術(shù)是全球領(lǐng)先的技術(shù)。

現(xiàn)在我們國家的航天技術(shù)也非常發(fā)達(dá)，現(xiàn)在在探討人工智能未來的發(fā)展，所以我想人工智能一定可以助力我們的天文學(xué)研究，在未來全面探索宇宙過程當(dāng)中發(fā)生非常重要的作用。

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