مع مرور كل عام ، يتم اكتشاف المزيد والمزيد من الكواكب التي تعمل بالطاقة الشمسية. لجعل الأمور أكثر إثارة للاهتمام ، تسمح التحسينات في المنهجية والتكنولوجيا باكتشاف المزيد من الكواكب داخل الأنظمة الفردية. خذ بعين الاعتبار الإعلان الأخير عن نظام سبعة كواكب حول النجم القزم الأحمر المعروف باسم TRAPPIST-1. في ذلك الوقت ، أنشأ هذا الاكتشاف الرقم القياسي لمعظم الكواكب الخارجية التي تدور حول نجم واحد.
حسنا تحرك على TRAPPIST-1! بفضل تلسكوب كيبلر الفضائي وتعلم الآلة ، اكتشف فريق من منظمة العفو الدولية من Google ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) مؤخرًا ثامن كوكب في نظام النجوم البعيد من كيبلر 90. أصبح اكتشاف هذا الكوكب ، المعروف باسم Kepler -90i ، ممكناً بفضل خوارزميات Google التي اكتشفت أدلة على وجود إشارة مرور ضعيفة في بيانات مهمة Kepler.
الدراسة التي تصف النتائج التي توصلوا إليها ، بعنوان "تحديد الكواكب الخارجية مع التعلم العميق: سلسلة رنين خمسة كوكب حول كيبلر -80 وكوكب حول ثمانية كيبلر -90" ، ظهرت مؤخرًا عبر الإنترنت وتم قبولها للنشر في المجلة الفلكية. تألف فريق البحث من كريستوفر شالو من Google AI وأندرو فاندربيرغ من جامعة تكساس و CfA.
يقع كبلر 90 ، نجم يشبه الشمس ، على بعد 2.545 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة دراكو. كما لوحظ ، أشارت الاستطلاعات السابقة إلى وجود سبعة كواكب حول النجم ، وهي مزيج من الكواكب الأرضية (الصخرية) وعمالقة الغاز. ولكن بعد استخدام خوارزمية Google التي تم إنشاؤها للبحث من خلال بيانات كيبلر ، أكد فريق البحث أن إشارة كوكب آخر أقرب إلى المدار تكمن داخل البيانات.
تعتمد مهمة كيبلر على طريقة العبور (المعروفة أيضًا باسم قياس الضوء العابر) لتمييز وجود الكواكب حول النجوم الأكثر سطوعًا. يتألف هذا من مراقبة النجوم للانخفاضات الدورية في السطوع ، وهي إشارة إلى أن كوكبًا يمر أمام النجم (أي يعبر) بالنسبة إلى المراقب. من أجل دراستهم ، درب Shallue و Vanderburg جهاز كمبيوتر لقراءة منحنيات الضوء التي سجلها Kepler وتحديد وجود العبور.
غربلت هذه "الشبكة العصبية" الاصطناعية من خلال بيانات كيبلر ووجدت إشارات عبور ضعيفة تشير إلى وجود كوكب مفقود سابقًا حول كيبلر 90. هذا الاكتشاف لا يشير فقط إلى أن هذا النظام يشبه إلى حد كبير نظامنا ، ولكنه يؤكد أيضًا على قيمة استخدام الذكاء الاصطناعي لاستخراج بيانات الأرشيف. بينما تم استخدام التعلم الآلي للبحث في بيانات كيبلر من قبل ، يوضح هذا البحث أنه حتى الآن أضعف الإشارات يمكن تمييزها.
كما قال بول هيرتز ، مدير قسم الفيزياء الفلكية في ناسا في واشنطن ، في بيان صحفي صدر مؤخرا عن وكالة ناسا:
"كما توقعنا تمامًا ، هناك اكتشافات مثيرة تكمن في بيانات Kepler المؤرشفة لدينا ، في انتظار الأداة أو التقنية المناسبة لاكتشافها. تظهر هذه النتائج أن بياناتنا ستكون كنزًا متاحًا للباحثين المبتكرين لسنوات قادمة. "
هذا الكوكب المكتشف حديثًا ، والمعروف باسم Kepler-90i ، هو كوكب صخري قابل للمقارنة في الحجم مع الأرض (1.32 ± 0.21 نصف قطر الأرض) يدور حول نجمه لمدة 14.4 يومًا. نظرًا لقربه من نجمه ، يُعتقد أن هذا الكوكب يعاني من درجات حرارة شديدة تبلغ 709 كلفن (436 درجة مئوية ؛ 817 درجة فهرنهايت) - مما يجعله أكثر سخونة من أعلى درجات النهار في عطارد عند 700 كلفن (427 درجة مئوية ؛ 800 درجة فهرنهايت).
كمهندس برمجيات أول مع فريق البحث في Google AI AI ، توصل Shallue إلى فكرة تطبيق شبكة عصبية على بيانات Kepler بعد معرفة أن علم الفلك (مثل الفروع الأخرى للعلوم) أصبح سريعًا مصدر قلق "البيانات الضخمة". بينما تصبح تقنية جمع البيانات أكثر تقدمًا ، يجد العلماء أنفسهم غارقة في مجموعات البيانات ذات الحجم والتعقيد المتزايدين. كما أوضح شالو:
"في وقت فراغي ، بدأت في Google للحصول على" العثور على كواكب خارجية مع مجموعات بيانات كبيرة "واكتشفت مهمة Kepler ومجموعة البيانات الضخمة المتاحة. يتألق التعلم الآلي حقًا في المواقف التي يوجد بها الكثير من البيانات التي لا يستطيع البشر البحث عنها لأنفسهم ".
تراكمت مهمة كيبلر ، في أول أربع سنوات من عملها ، مجموعة بيانات تتكون من 35000 إشارة عبور كوكبي محتملة. في الماضي ، تم استخدام الاختبارات الآلية وأحيانًا عمليات الفحص البصري للتحقق من الإشارات الواعدة في البيانات. ومع ذلك ، غالبًا ما يتم تفويت الإشارات الأضعف بهذه الطرق ، تاركة عشرات أو حتى مئات الكواكب في عداد المفقودين.
من أجل تحسين هذا الأمر ، تعاون Shallue مع Andrew Vanderburgh - زميل أبحاث الدراسات العليا بمؤسسة National Science Foundation وزميل NASA Sagan - لمعرفة ما إذا كان التعلم الآلي يمكن أن ينجم البيانات ويعرض المزيد من الإشارات. تتكون الخطوة الأولى من تدريب شبكة عصبية لتحديد الكواكب الخارجية العابرة باستخدام مجموعة من 15000 إشارة تم فحصها سابقًا من كتالوج كبلر للكواكب الخارجية.
في مجموعة الاختبار ، حددت الشبكة العصبية بشكل صحيح الكواكب الحقيقية والإيجابية الكاذبة بمعدل دقة 96 ٪. بعد أن أثبت أنه قادر على التعرف على إشارات العبور ، وجه الفريق بعد ذلك شبكتهم العصبية للبحث عن إشارات أضعف في أنظمة النجوم 670 التي لديها بالفعل العديد من الكواكب المعروفة. وشملت هذه كيبلر -80 ، التي كان لديها خمسة كواكب معروفة سابقًا ، وكيبلر -90 ، التي كان لديها سبعة كواكب. كما أوضح فاندربورغ:
"لدينا الكثير من الإيجابيات الكاذبة للكواكب ، ولكن من المحتمل أيضًا أن تكون كواكب أكثر واقعية. إنه يشبه غربلة الصخور للعثور على الجواهر. إذا كان لديك منخل أدق ، فسوف تصطاد المزيد من الصخور ولكنك قد تصطاد المزيد من الجواهر أيضًا. "
يُعرف الكوكب السادس في Kepler-80 باسم Kepler-80g ، وهو كوكب بحجم الأرض يقع في سلسلة رنين مع الكواكب الخمسة المجاورة. يحدث هذا عندما تكون الكواكب مقفلة بجاذبيتها المتبادلة في نظام مستقر للغاية ، على غرار تجربة الكواكب السبعة TRAPPIST-1. من ناحية أخرى ، يعتبر كبلر 90i كوكبًا بحجم الأرض يواجه ظروفًا شبيهة بالزئبق ومداراته خارج 90 ب و 90 ج.
في المستقبل ، يخطط Shallue و Vanderburg لتطبيق شبكتهم العصبية على أرشيف Kepler الكامل الذي يضم أكثر من 150.000 نجمة. ضمن مجموعة البيانات الضخمة هذه ، من المحتمل أن يكون هناك العديد من الكواكب الكامنة ، وربما يقتبس داخل أنظمة متعددة الكواكب تم مسحها بالفعل. في هذا الصدد ، أظهرت مهمة كيبلر (التي كانت لا تقدر بثمن بالنسبة لأبحاث الكواكب الخارجية) أن لديها الكثير لتقدمه.
كما قالت جيسي دوتسون ، عالمة مشروع كيبلر في مركز أبحاث أميس التابع لوكالة ناسا:
"توضح هذه النتائج القيمة الدائمة لمهمة كبلر. تعد الطرق الجديدة للنظر إلى البيانات - مثل هذا البحث في المرحلة المبكرة لتطبيق خوارزميات التعلم الآلي - بالاستمرار في تحقيق تقدم كبير في فهمنا للأنظمة الكوكبية حول النجوم الأخرى. أنا متأكد من وجود المزيد من العناصر الأولى في البيانات التي ينتظرها الأشخاص للعثور عليها ".
بطبيعة الحال ، حقيقة أن النجم المشابه للشمس معروف الآن أن لديه نظامًا من ثمانية كواكب (مثل نظامنا الشمسي) ، فهناك من يتساءل عما إذا كان هذا النظام يمكن أن يكون رهانًا جيدًا لإيجاد حياة خارج الأرض. ولكن قبل أن يصبح أي شخص متحمسًا جدًا ، تجدر الإشارة إلى أن كواكب Kepler-90s تدور جميعها حول النجم. إنه الكوكب الأبعد ، كيبلر -90 ساعة ، يدور على مسافة مماثلة لنجمه كما تفعل الأرض مع الشمس.
يعني اكتشاف كوكب ثامن حول نجم آخر أيضًا أن هناك نظامًا ينافس النظام الشمسي في إجمالي عدد الكواكب. ربما حان الوقت لإعادة النظر في قرار الاتحاد الفلكي الدولي لعام 2006 - كما تعلمون ، حيث تم تخفيض رتبة بلوتو؟ وأثناء قيامنا بذلك ، ربما يجب علينا تتبع سيرس وإريس وهوميا وماكيماكي وسيدنا والباقي من أجل كوكب الأرض. خلاف ذلك ، كيف نخطط للحفاظ على سجلنا؟
في المستقبل ، من المرجح أن يتم تطبيق عمليات تعلُّم الآلة المماثلة على الجيل التالي من مهام البحث عن الكواكب الخارجية ، مثل القمر الصناعي للمسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS) وتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). ومن المقرر إطلاق هاتين المهمتين في 2018 و 2019 على التوالي. وفي غضون ذلك ، من المؤكد أن يكون هناك الكثير من الكشف عن كيبلر!
