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機器學習可以為尋找外星智能提供動力

IEEE電氣電子工程師 ? 來源:IEEE電氣電子工程師 ? 2023-03-01 13:45 ? 次閱讀

由于機器學習的發(fā)展,SETI領(lǐng)域,即對外星智能的探索,正在加速達到新的高度。

在近日發(fā)表于《自然天文學(Nature Astronomy)》的一篇論文中,多倫多大學(University of Toronto)的Peter Ma領(lǐng)導的一個研究團隊分享了一種機器學習方法,該方法用于挖掘Breakthrough Listen中的數(shù)據(jù),以識別可能是潛在技術(shù)特征的信號,即表明存在智能外星文明的技術(shù)復雜性的跡象。

“作為人類,我認為這是一個非常重要的問題:還有其他人嗎?”Ma這樣告訴《The Verge》。

隨著人類越來越善于觀察宇宙并了解其歷史,我們是否孤獨的問題從未如此尖銳。如果地球之外有生命,我們怎么能找到它?為什么還沒有聯(lián)系我們?與外星文明建立聯(lián)系需要什么?

Ma的研究集中在電磁頻譜的一個特殊部分,即窄帶無線電(narrow-band radio)。雖然宇宙中的各種物體發(fā)出的輻射頻率范圍很廣,但無線電頻率在發(fā)送信號方面特別有效。當我們作為人類使用無線電波進行通信時,我們使用窄帶,因為這樣更有效。

SETI的研究人員認為,如果外星文明存在,他們也會這樣做。Ma解釋道:“從技術(shù)角度來看,任何智能文明都有道理,它們也試圖通過無線電等電磁輻射進行傳輸,但要在窄帶進行傳輸。”

SETI研究人員感興趣的是無線電波段的一個特定部分,大約在1420MHz范圍內(nèi)。這被稱為氫線(hydrogen line),對天文學家來說很重要,因為它是中性氫發(fā)出輻射的頻率,因此它是研究各種天文目標的關(guān)鍵。

研究人員認為,任何對恒星感興趣的外星文明都可能會關(guān)注這一波段,使其成為所謂的“銀河水洞(galactic watering hole)”。如果一個文明試圖跨越宇宙進行交流,這是我們獲得的最佳頻率。

這種方法是前幾年SETI研究的基礎(chǔ):經(jīng)常使用一種稱為turboSETI的算法來梳理數(shù)據(jù)以尋找該波段的信號。該算法通過頻率搜索時間圖,并尋找指示信號存在的直線。這是一種在大量數(shù)據(jù)中搜索的有效方法,但它也存在問題——尤其是過濾掉地球干擾導致的假陽性結(jié)果。

新方法與以往不同。研究人員沒有搜索這些直線,而是輸入原始觀察結(jié)果,然后模擬他們感興趣的信號類型,并訓練他們的算法來識別這些信號。這允許一種更靈活的信號識別方法,即使信號沒有傳統(tǒng)算法所標記的簡單線條形狀,也可以在窄帶中捕捉到斷斷續(xù)續(xù)的異常。這是一種更通用的方法,可獲得許多地球工程師無法預測的信號類型。

這也使該方法更快、更有效。“人們最初所做的是,他們采用了經(jīng)典算法,并在管道的某處添加了機器學習方法,”Ma說。現(xiàn)在,隨著機器學習領(lǐng)域的發(fā)展,整個流水線可以基于機器學習。

這很重要,因為SETI本質(zhì)上是一場數(shù)字游戲:挑戰(zhàn)是從足夠多的望遠鏡中獲取足夠的數(shù)據(jù),以增加探測的機會。梳理所有這些數(shù)據(jù),在宇宙大海撈針,需要越來越高效的方法。

SETI這一更廣泛的領(lǐng)域是一項不同尋常的事業(yè),因為研究人員可以將他們的整個職業(yè)生涯用于尋找可能存在或可能不存在的東西。像強大的望遠鏡陣列和機器學習技術(shù)這樣的新工具可以幫助搜索更加準確和精確。但即使生命確實存在于我們的星球之外,我們也可能永遠沒有機會發(fā)現(xiàn)它。

另一方面,人類很有可能在明天探測到一個有趣的信號,甚至在幾十年來天空所收集的大量數(shù)據(jù)中已經(jīng)存在外星文明的證據(jù)。

這種滿足好奇心的前景使SETI研究人員繼續(xù)進行長期的研究。“誰知道呢。這一切都是未知。也許現(xiàn)在地下室的硬盤上已經(jīng)有著一個可能突破性的信號了?Ma馬說,“這一切總要有人關(guān)注著,對吧?”

審核編輯 :李倩

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原文標題:機器學習可以為尋找外星智能提供動力

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