天體物理學(xué)家張雙南：AI將指揮天文衛(wèi)星探索宇宙

　　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，今天的觀測能力實在是非常有限。因此希望利用獵人星座計劃全面探索爆發(fā)可變化的宇宙。該計劃將有百顆數(shù)量級微納衛(wèi)星組，成本低且可以成批進行無漏網(wǎng)觀測。

　　不過，指揮上百顆衛(wèi)星需要多個科學(xué)家，且難以實現(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：

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

　　先講一個故事。2020年4月，我們下定決定讓慧眼衛(wèi)星運行兩天，去觀測天體中子星。在作出這個決心以后，10個小時就發(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)生的時候非常快，幾毫秒時間，當(dāng)它發(fā)生的時候比天上所有的產(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。有時候它會在某一個方向上會重復(fù)，有時候還有周期性。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)在那個方向有一個快速射線暴，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)是同一個天氣同一個過程當(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，電子和質(zhì)子距離一定要拉開，外星人不可能在上面存在。

　　第二個故事是去年10月9號慧眼衛(wèi)星的另一個重大發(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形態(tài)，在這個時間內(nèi)這個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)生了極強的伽馬射線暴，方向正對著我們。所以這種機會非常少，我們得到了這樣一個結(jié)果。

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

　　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?

　　因為一顆這種衛(wèi)星造價為幾億到上百億人民幣，而且研制和發(fā)射時間非常長，通常是幾年到幾十年。且壽命可能是零，因為發(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。慧眼衛(wèi)星2017年發(fā)射運行到今天，我們感覺到非常幸運，設(shè)計壽命只有四年，預(yù)計還能夠運行幾年的時間。

　　所以面對變化多端而又無法預(yù)測的宇宙，今天的觀測能力實在是非常有限，這既是挑戰(zhàn)也是機遇。如果面對非常多事件的時候，我們會有嚴(yán)重不足的觀察設(shè)備。我們的機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，又有足夠多的天文望遠鏡資源，對每一個變化的天體進行跟蹤，而不需要做出很困難的決策。

　　這個機遇就是我最后要給大家介紹個獵人星座。

　　我們希望利用獵人星座全面探索爆發(fā)可變化的宇宙。這個計劃的優(yōu)點是，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)什么時候一定跟著臘個天體，可以成批進行觀測，沒有漏網(wǎng)，而且要活捉，將用人工智能實時指揮這些衛(wèi)星，當(dāng)現(xiàn)象發(fā)生時候立刻跟上去看。

　　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，給我一個團隊也不可能指揮，因為我們要商量才行，只要人進行商量，你就不可能完成無漏網(wǎng)高質(zhì)量的觀測，給我一百個首席科學(xué)家，一百個科學(xué)團隊也不可能指揮上百顆衛(wèi)星進行這樣的觀測。

　　因此我們需要有智能化的望遠鏡星座實時自動控制上百顆衛(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非常重要的天體。

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

　　最后，我想說，為了發(fā)展智能星座，我們實驗室很多年前就開始布局研制輕量化望遠鏡。因為要放在一百多顆衛(wèi)星上，每顆衛(wèi)星上攜帶一個望遠鏡，衛(wèi)星就不能太大，好在我們現(xiàn)在已經(jīng)有了這樣的望遠鏡技術(shù)，而這個技術(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，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。