“開(kāi)普勒”：人類在宇宙中真的孤獨(dú)嗎？

文/毛新愿

▲ 約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒

▲ 開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡

開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡名字來(lái)自于人類偉大的天文學(xué)家約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒（1571-1630），他總結(jié)的開(kāi)普勒三大定律成為人類認(rèn)識(shí)天體和宇宙的基礎(chǔ)，這也成為后來(lái)的艾薩克·牛頓（1643-1727）總結(jié)出影響人類深遠(yuǎn)的萬(wàn)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(cè)半徑已經(jīng)超過(guò)了465億光年。人類不禁想問(wèn)，在宇宙中我們真的是孤獨(dú)的么？

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

當(dāng)然，望遠(yuǎn)鏡命名也是向偉大的約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒致敬，再恰當(dāng)不過(guò)了。

“開(kāi)普勒”的四大絕活

為了讓開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到更多信息，科學(xué)家們可謂煞費(fèi)苦心，巧妙設(shè)計(jì)了四大絕活：

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

2.“火眼金睛”。開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)系外行星的方式是凌日法，即行星擋在恒星前面時(shí)會(huì)導(dǎo)致恒星的亮度稍微降低，如果觀測(cè)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(kāi)普勒”觀測(cè)到的恒星與地球之間的距離以光年計(jì)，這么遠(yuǎn)的距離恒星不過(guò)是一個(gè)不起眼的小點(diǎn)，而觀測(cè)它微弱的亮度變化更是難上加難，必須要求望遠(yuǎn)鏡能夠看到極其微弱的細(xì)節(jié)。而開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)精度達(dá)到了驚人的0.01%星等。這是個(gè)什么概念呢：就好比是人的肉眼看一個(gè)極亮的探照燈，已經(jīng)看不到任何東西了，但此時(shí)有一粒極小的灰塵從燈前飛過(guò)對(duì)探照燈亮度造成的影響，卻可以被望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到。

4.“目不轉(zhuǎn)睛”。行星凌日并不容易觀測(cè)到，而宇宙又是如此之大且充滿了各種干擾。開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射后，目前觀測(cè)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(cè)數(shù)量多達(dá)14.5萬(wàn)顆恒星，每隔30分鐘就會(huì)拍一張照片，對(duì)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(rèn)是否發(fā)生了行星凌日現(xiàn)象。

已確認(rèn)2652顆系外行星

▲ 開(kāi)普勒-90系統(tǒng)行星大小和太陽(yáng)系行星大小對(duì)比示意圖

▲ 行星凌日光線變化圖

截至2018年4月13日，開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)確認(rèn)了2652顆系外行星，隨著任務(wù)的繼續(xù)這個(gè)數(shù)據(jù)還在不斷增加。人類這么多年來(lái)總共才發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了3767顆系外行星，開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了任何一種地面望遠(yuǎn)鏡和空間望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果，更何況的它的觀測(cè)能力也遠(yuǎn)超其他望遠(yuǎn)鏡。

北京時(shí)間2017年12月15日夜間，美國(guó)宇航局放出了一個(gè)重磅新聞：開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡在距離地球2545光年的地方發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)“太陽(yáng)系”：有共計(jì)8顆行星圍繞著一個(gè)暫時(shí)被命名為開(kāi)普勒-90的恒星運(yùn)動(dòng)，這顆恒星與太陽(yáng)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(yáng)系擁有8顆行星，著實(shí)是兩個(gè)龐大的家族！但更讓人吃驚的還在后面。

事實(shí)上這個(gè)新“太陽(yáng)系”數(shù)據(jù)被記錄下來(lái)后，科學(xué)家在經(jīng)過(guò)分析后，認(rèn)為這里可能擁有6顆～7顆行星。對(duì)于一些多行星的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，距離恒星過(guò)近的行星往往由于體積過(guò)小和公轉(zhuǎn)周期過(guò)快，很難被確認(rèn)。但這個(gè)時(shí)候能夠深度機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能出現(xiàn)了，它來(lái)自于谷歌研發(fā)人工智能的專業(yè)團(tuán)隊(duì)。

人工智能的加入

相信整個(gè)人類還處在被阿爾法狗虐智商、被Atlas人形機(jī)器人虐身體素質(zhì)的陰影里沒(méi)有出來(lái)，而這次它們要出來(lái)虐世界上最頂級(jí)的科學(xué)家們了。研發(fā)團(tuán)隊(duì)找科學(xué)家們要了15000組開(kāi)普勒觀測(cè)到、被科學(xué)家們花了數(shù)年后確認(rèn)已經(jīng)是完全正確的信號(hào)，于是這套智能系統(tǒng)開(kāi)始分析它們，從0學(xué)習(xí)如何辨別系外行星。

▲ “開(kāi)普勒”發(fā)現(xiàn)的行星數(shù)量

按照谷歌團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人的說(shuō)法：“僅僅用了兩個(gè)小時(shí)，它（人工智能）就能分析完所有的數(shù)據(jù)”。而美國(guó)宇航局的科學(xué)家們?cè)谟眯聰?shù)據(jù)對(duì)它進(jìn)行考核之后說(shuō)：“它的考試成績(jī)達(dá)到了96分！（96%的正確率）”。

這遠(yuǎn)不是頂級(jí)科學(xué)家可以在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)達(dá)到的成績(jī)。發(fā)現(xiàn)了人工智能的強(qiáng)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(kāi)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(kāi)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(rèn)了另外7顆的準(zhǔn)確信號(hào)。

人工智能團(tuán)隊(duì)“建議”科學(xué)家們持續(xù)觀測(cè)這個(gè)系統(tǒng)，它們一定會(huì)有更大發(fā)現(xiàn)。

▲ TESS 衛(wèi)星

按照開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡工作這幾年的狀態(tài)，它發(fā)現(xiàn)幾乎每一個(gè)恒星附近都存在行星系統(tǒng)，而每六個(gè)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(jì)出來(lái)的恒星數(shù)量大約有1000億～ 4000億個(gè)！目前人類已經(jīng)觀測(cè)到的宇宙中，像銀河系這樣的星系大約有1000億個(gè)！目前人類的研究還在不斷把人類認(rèn)識(shí)到的宇宙持續(xù)擴(kuò)大！

因此，美國(guó)宇航局科學(xué)家根據(jù)開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，估計(jì)宇宙中像地球一樣的行星數(shù)量大約為以下這個(gè)級(jí)別：

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

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

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

但是將會(huì)是誰(shuí),是否、何時(shí)、如何做出回答呢？