Newsletter subscribe

Artificial Intelligence, Innovation

จริงหรือไม่ที่ Google กำลังสร้าง AI ให้กลายเป็น Skynet#16 Exoplanets

Posted: 10/09/2020 at 18:03   /   by   /   comments (0)

ระบบดาว (Star system หรือ Stellar system)

en.wikipedia.org

ระบบสุริยะ (Solar system) ของเราเป็นระบบที่มีดาวฤกษ์ (star) หนึ่งดวงกับดาวเคราะห์บริวาร (planets) 8 ดวงโคจรอยู่รอบๆ การวิจัยชี้ว่าระบบดาวในกาแล็กซีทางช้างเผือก มักเป็นระบบดาวเดี่ยวมากกว่าระบบดาวคู่ และระบบดาวเดี่ยวเอื้อต่อการเกิดดาวเคราะห์มากกว่าระบบดาวคู่

 

express.co.uk 

ระบบดาวคู่ (Binary stars) คือระบบดาวที่มีดาวฤกษ์ 2 ดวง โคจรไปรอบๆ ดาวแต่ละดวงถือว่าเป็นดาวเพื่อนของอีกดวงหนึ่ง

 

reddit.com

ระบบดาวหลายดวง (multiple star system) คือระบบที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์มากกว่า 2 ดวง ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยดาวฤกษ์ 3 ดวง

 

 

James Morrison – I Won’t Let You Go

 

 

ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (Exoplanets)

Exoplanets คือ ดาวเคราะห์ที่อยู่นอกระบบสุริยะ จากข้อมูล ณ วันที่ 1 พฤษภาคม 2019 มีการยืนยันการค้นพบ exoplanets แล้ว 4,058 ดวงในระบบดาวฤกษ์ 3,033 ระบบ ในจำนวนนี้เป็นระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์บริวารมากกว่าหนึ่งดวงอยู่ 658 ระบบ

ความพยายามค้นหา exoplanets มุ่งความสนใจไปที่ “การค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก” นักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ในพื้นที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต “Habitable zone” กล่าวคือ เป็นพื้นที่ในอวกาศโดยรอบดาวฤกษ์ ที่ซึ่งบนพื้นผิวของดาวเคราะห์มีน้ำในสภาวะของเหลว อันเป็นกุญแจสำคัญต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต  ถ้าใกล้กว่านี้ก็จะร้อนมากไป ห่างไปกว่านี้ก็จะหนาวเย็น สำหรับระบบสุริยะของเรา ดาวเคราะห์ที่อยู่ใน habitable zone คือ โลกและดาวอังคาร

หมายเหตุ: อุณหภูมิที่น้ำจะอยู่ในสถานะของเหลว คือช่วง 273 K – 373 K (ประมาณ 0 – 100 องศาเซลเซียส)

 

ภาพกราฟฟิกแสดงขอบเขตของ Habitable zone (en.wikipedia.org)

 

การค้นหา Exoplanets ใน Habitable zones ต้องพิจารณาสิ่งต่อไปนี้

Mass of stars มวลของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์ขนาดเล็กที่มีมวลต่ำ (low-massม cool star) เช่น ดวงอาทิตย์ จะคงอยู่ได้ในจักรวาลได้นานกว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลสูง (higher-mass, hotter star) ดาวฤกษ์มวลสูงมีอายุเพียงหลายล้านปี ในขณะที่สิ่งมีชีวิตชั้นสูงใช้เวลาหลายพันล้านปีในการวิวัฒนาการบนโลก ดังนั้นแม้มีดาวเคราะห์คล้ายโลก (earth-like planets) ก่อตัวขึ้นรอบดาวฤกษ์มวลสูงใน habitable zone ก็ไม่น่าเป็นไปได้ที่จะมีสิ่งมีชีวิตก่อตัวและวิวัฒนาการไปเป็นสิ่งมีชีวิตชั้นสูง

Mass of planets มวลของดาวเคราะห์

conservative habitable zone เป็นขอบเขตที่ได้มาจากการคำนวณใหม่โดยอาศัยโมเดลที่พัฒนาโดย Kopparapu และเพื่อนร่วมงาน ซึ่งใช้ข้อมูลของน้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซต์ และพบดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกเป็นจำนวน 3 เท่า ของๆเดิม

นักดาราศาสตร์และนักชีวดาราศาสตร์ (bioใช้แนวคิด Habitable zone เป็นแนวทางในการค้นหา exoplanets ที่คาดหวังว่าจะมีสิ่งมีชีวิตอยู่บนดาวเคราะห์นั้นๆ

การศึกษาความสามารถในการอาศัยอยู่ของดาวเคราะห์ยังพิจารณาปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมายในการพิจารณาความเหมาะสมของดาวเคราะห์ในการเป็นเจ้าภาพชีวิต

 

 

ภาพวาดของ Milky Way Galaxy แสดงพื้นที่ที่ Kepler ทำงาน ซึ่งห่างจากระบบสุริยะประมาณ 3,000 ปีแสง (mobile.arc.nasa.gov)

 

 

 

Tiësto – Light Years Away ft. DBX

 

 

มีหลายวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (exoplanets) ส่วนมากใช้วิธี “Transit photometry” เป็นการตรวจวัดการหรี่ลงของแสงเมื่อดาวเคราะห์มีการเคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์

ก่อนอื่นเรามาดูกันว่าข้อมูลที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Kepler ถูกนำมาใช้ในการหา exoplanets ได้อย่างไร พล็อตข้างล่างแสดงเส้นกราฟแสงที่บันทึกข้อมูลการลดลงหรือการเพิ่มขึ้นของความสว่างของดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นค่าที่ได้จากเครื่องวัดความเข้มแสง “photometer” ของ Kepler เมื่อดาวเคราะห์ (ดวงเล็กกลางภาพ) เคลื่อนที่ผ่านด้านหน้าของดาวฤกษ์ มันจะบดบังแสงบางส่วนของดาวฤกษ์ชั่วขณะหนึ่ง จึงเป็นสาเหตุให้ค่าความสว่างของแสงที่วัดได้ลดน้อยลงและเพิ่มขึ้นอีกครั้ง ทำให้ได้กราฟแสงเป็นรูป U-shape เหตุการณ์ที่ดาวเคราะห์เคลื่อนตัวผ่านด้านหน้าของดาวฤกษ์ เรียกว่า “a transit” ดังนั้นวิธีการตรวจจับดาวเคราะห์แบบนี้ จึงถูกเรียกว่า “Transit photometry”

 

Space.com

อย่างไรก็ตาม ยังมีปรากฏการณ์ดาราศาสตร์อื่นๆ ที่สามารถทำให้ค่าความสว่างของดาวลดต่ำลงได้ ได้แก่ ระบบดาวคู่ (binary star systems), จุดดาวประกาย (starspots), การที่รังสีคอสมิก (cosmic ray) ชนกับ photometer ของ Kepler และเสียงรบกวนจากอุปกรณ์

หมายเหตุ:  ดาวฤกษ์จะมีวัฎจักรของการเกิดจุดขึ้น เรียกว่า “จุดดาวประกาย (starspot)” บริเวณจุดนี้มีอุณหภูมิต่ำกว่าบริเวณรอบๆ ทำให้พื้นที่ผิวของดาวฤกษ์ปรากฎเป็นจุดสีคล้ำกว่าบริเวณอื่น

 

ai.googleblog.com

เส้นกราฟแรก เป็นรูปตัว V บ่งชี้ว่ามีดาวฤกษ์ขนาดค่อนข้างใหญ่เคลื่อนที่ผ่านด้านหน้าของดาวฤกษ์ ที่ Kepler กำลังสำรวจอยู่

เส้นกราฟที่สอง แสดงตำแหน่งที่ความสว่างของแสงลดลง แสดงว่าในระบบดาวคู่ มีดาวดวงหนึ่งที่สว่าง และอีกดวงเป็นดาวหรี่ (dim star) เส้น dip ของกราฟเกิดจากการที่มีดาวหรี่เคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์ที่สว่างกว่า

เส้นกราฟที่สาม เป็นตัวอย่างหนึ่งของเส้นกราฟที่เกิดจากสาเหตุอื่น ไม่ได้เกิดจากดวงดาว

 

 

Ellie Goulding – Still Falling For You

 

 

NASA’s K2 mission – Microlensing Search

directory.eoportal.org

เมื่อ exoplanet เคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลโพ้น อิทธิพลของสนามความโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ทำให้แสงดาวโค้งงอ และในบางกรณีก็ส่งผลให้ดาวพื้นหลังสว่างขึ้นเล็กน้อยเมื่อมองด้วยกล้องโทรทรรศน์  ปรากฏการณ์นี้ของ microlensing ความโน้มถ่วงช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบที่อยู่ไกลและมืดเกินไปในการตรวจจับวิธีอื่น

ในการค้นหาดาวเคราะห์จากข้อมูลที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Kepler นักวิทยาศาสตร์ใช้ software อัตโนมัติในการประมวลผลข้อมูลเช่น Kepler data processing pipeline เพื่อตรวจจับสัญญาณที่อาจมีสาเหตุมาจากดาวเคราะห์ จากนั้นทำการตัดสินใจด้วยตัวเองว่า แต่ละสัญญาณเป็นดาวเคราะห์หรือสาเหตุอื่น นักวิทยาศาสตร์จะต้อง cut-off สัญาณรบกวนหรือ noise ลง แต่ถึงจะ cut off สัญญาณรบกวนออกแล้ว จำนวนสัญญาณที่จะต้องทำการวิเคราะห์ยังมาก จากสัญญาณมากกว่า 30,000 สัญญาณ มีเพียง 2,500 สัญญาณที่ได้รับการยืนยันชัดเจนแล้วว่าเป็นดาวเคราะห์จริงๆ นักวิทยาศาสตร์ยังสงสัยอยู่ว่า ในสัญญาณที่ถูก cutoff นั้น อาจจะเป็นสัญญาณของดาวเคราะห์จริงบางจำนวนก็ได้ที่พลาดไป มันเป็นไปได้ที่จะมีดาวเคราะห์คล้ายโลกซึ่งมีขนาดเล็กและโคจรรอบดาวฤกษ์อาจซ่อนตัวอยู่ ซึ่งพลาดจากการตรวจจับด้วยวิธีแบบดั้งเดิม 

Signal to Noise Ratio (SNR) คือ อัตราส่วนระหว่างสัญญาณภาพกับสัญญาณรบกวน ถ้าอัตรา SNR เท่ากับ 2 : 1 หมายความว่า สัญญาณของแสงมากกว่าสัญญาณรบกวน 2 เท่า นั่นคือ ยิ่งค่า SNR สูงเท่าไร ยิ่งมีโอกาสสูงที่จะเป็นสัญญาณที่มาจากการมีอยู่ของดาวเคราะห์  

สำหรับการถ่ายภาพทางดาราศาสตร์นั้น ดูเหมือนสัญญาณรบกวนหรือ noise จะมาคู่กัน คือ สัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นในภาพ จะทำให้เห็นความไม่สม่ำเสมอของความสว่างและสี นักวิทยาศาสตร์จึงต้องมีความเข้าใจถึงสาเหตุของการเกิด noise และหาวิธีป้องกันและลด noise หรือสัญญาณรบกวน

 

Discovering Exoplanets with Deep Learning

ที่ผ่านมา Google Brain Team ใช้ Deep Learning ในการวิเคราะห์ข้อมูลหลายหลากชนิด ตั้งแต่จีโนมมนุษย์ไปจนถึงข้อมูลตรรกะทางคณิตศาสตร์ Google Brain Team ได้ร่วมมือกับ Andrew Vanderburg จากมหาวิทยาลัยเท็กซัส ออสติน พัฒนาโครงข่ายประสาทเทียม (neural network) เพื่อช่วยในการค้นหาการตรวจจับดาวเคราะห์จาก weak signals “low SNR” 

 

 

 ai.googleblog.com 

โครงข่ายประสาทเทียมที่ถูกใช้ในงานวิจัยนี้ เป็นแบบ convolutional neural network (CNN) สาเหตุที่ CNN ถูกเลือกเพราะมันประสบความสำเร็จอย่างมากในปัญหาที่เกี่ยวกับโครงสร้างเชิงพื้นที่ เช่น การสร้างเสียงและการจำแนกภาพ

ในการฝึกฝน CNN เพื่อค้นหาดาวเคราะห์ นักวิจัยป้อนภาพเส้นกราฟแสงอันเดียวกันในสองมุมมองให้ CNN คือ global view มุมมองกว้าง เพื่อให้โมเดลพิจารณาสัญญาณทั้งหมดบนเส้นกราฟแสง กับ local view มุมมองแคบที่ซูมเข้าไป เพื่อให้โมเดลได้พิจารณารูปร่างของสัญญาณที่ตรวจพบได้อย่างละเอียด (เช่น แยกความแตกต่างของสัญญาณรูปตัว U จากสัญญาณรูปตัว V)  จากภาพสัญญาณรูปตัว V บ่งบอกถึง binary star ส่วนสัญญาณรูปตัว U บ่งบอกถึงดาวเคราะห์ exoplanet 

ในการทดสอบประสิทธิภาพของ CNN ในการค้นหาดาวเคราะห์ดวงใหม่จากข้อมูลที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ Google Brain Team เริ่มต้นด้วยข้อมูลของระบบดาวฤกษ์จำนวน 670 ระบบ ซึ่งทราบแน่นอนแล้วว่าเป็นระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์บริวารหลายดวง และทีมวิจัยเชื่อว่าอาจมีดาวเคราะห์ที่ยังไม่ได้ตรวจพบ และที่สำคัญการค้นหาดาวเคราะห์ครั้งนี้เป็นการค้นหาจาก weak signals “low SNR” 

 

ai.googleblog.com 

โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์

ความพิเศษของการค้นพบครั้งนี้ ใช้ AI ที่ถูกฝึกฝนมาเพื่อค้นหาการตรวจจับเชิงบวก ในชุดข้อมูลมากกว่า 30,000 ชุด ถูกฝึกฝนให้มองหารูปแบบของความเข้มของแสงจากดาว โดยปกติแล้วมนุษย์จะทำหน้าที่นี้ แต่ด้วยปริมาณข้อมูลมหาศาล มันไม่ง่ายที่สมองของนักดาราศาสตร์จะวิเคราะห์มันได้ทั้งหมด ด้วยการใช้การตรวจจับดาวเคราะห์ที่ได้รับการยืนยันจาก Kepler AI จะหาความแตกต่างระหว่าง  a true detection และ false pattern ในการทดสอบมีความแม่นยำถึง 96% และเมื่อนำไปใช้กับข้อมูลจริง มันได้ค้นพบดาวเคราะห์ใหม่ 2 ตัวในข้อมูล Kepler ที่มีอยู่

ในการทดสอบนั้น CNN มีความแม่นยำถึง 96% และเมื่อนำไปใช้กับข้อมูลจริงของ Kepler มันสามารถค้นพบดาวเคราะห์ใหม่ 2 ดวงในระบบดาว Kepler-90 คือ Kepler-90i และ Kepler-80g จากการค้นพบครั้งนี้ ทำให้สรุปได้ว่าระบบดาว Kepler-90 มีดาวเคราะห์บริวารทั้งหมด 8 ดวง ซึ่งนับเป็นครั้งแรกที่เจอระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์เท่าระบบสุริยะของเรา

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยของ Google Brain Team กล่าวว่า “งานของเราที่นี่ยังไม่เสร็จ เราค้นหาเฉพาะระบบดาวฤกษ์เพียงแค่ 670 ระบบ จาก 200,000 ระบบที่ Kepler ตรวจจับได้ ใครจะรู้ว่าเราอาจพบอะไรเมื่อเราเปลี่ยนเทคนิคของเราไปเป็นชุดข้อมูลทั้งหมด แต่ก่อนอื่นเราต้องทำการปรับปรุงบางอย่างของโมเดล  โมเดลของเรายังไม่ดีเท่าที่จะปฏิเสธดาวคู่และผลบวกปลอม ๆ เราทำงานอย่างหนักเพื่อปรับปรุงโมเดลของเรา และตอนนี้มันได้แสดงให้เห็นแล้วว่า เราสามารถใช้ AI ช่วยในการค้นหา exoplanets ได้ และเราหวังว่าคนอื่นจะทำเช่นเดียวกัน!”

 

tek-think.com

โดยเมื่อเดือนธันวาคม 2017 องค์การนาซ่า (NASA) ได้ประกาศการค้นพบครั้งแรกของดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์ 8 ดวงคล้ายระบบสุริยะของเรา “Kepler-90” พร้อมทั้งกล่าวถึงการค้นพบดาวเคราะห์ดาวที่แปด “Kepler-90i” โดยใช้ Deep Learning จากความร่วมมือของ Google

 

ระบบดาว Kepler-90 (Kepler-90 system) 

ขนาดของดาวเคราะห์ทั้งแปดในระบบดาว Kepler-90 โดยเปรียบเทียบกับระบบสุริยะ (Jpl.nasa.gov)

ระบบดาวเคปเลอร์-90 (Kepler-90 system) อยู่ห่างจากโลกประมาณ 2,545 ปีแสง เป็นระบบดาวฤกษ์ที่คล้ายกับระบบสุริยจักรวาลของเรา คือ มีดาวเคราะห์บริวาร 8 ดวงเท่ากับระบบสุริยะ และมีรูปแบบของระบบดาวที่คล้ายกันคือ มีดาวเคราะห์ขนาดเล็กโคจรใกล้ดาวฤกษ์ และดาวเคราะห์ขนาดใหญ่อยู่ไกลออกไป ในระบบสุริยะจักรวาลของเรา รูปแบบนี้เป็นหลักฐานบ่งชี้ว่า ดาวเคราะห์ชั้นนอกก่อตัวขึ้นในส่วนที่เย็นกว่าของระบบสุริยะ ที่ซึ่งน้ำแข็ง (water ice) สามารถแข็งตัวและจับกันเป็นก้อน เพื่อสร้างดาวเคราะห์ที่ใหญ่กว่า รูปแบบของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ Kepler-90 ที่เหมือนกันนี้ ทำให้เชื่อว่าระบบดาว Kepler-90 มีกระบวนการก่อตัวแบบเดียวกันกับระบบสุริยะจักรวาล

 

 

nasa.gov

ดาวเคปเลอร์-90 (Kepler-90) เป็นดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ แต่วงโคจรของดาวเคราะห์บริวารทั้งแปดของมันถูกบีบลงในระยะทางที่เท่ากับระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ดังรูปข้างบน ดาวเคราะห์ชั้นในมีวงโคจรที่แน่นมากและโคจรใกล้ดาวฤกษ์อย่างมาก เช่น ดาวเคราะห์ Kepler-90i โคจรรอบตัวเองกินเวลาเพียง 14.4 วัน หรือ 1 ปีของมันเท่ากับ 14.4 วัน เมื่อเปรียบเทียบกับวงโคจรของดาวพุธคือ 88 วัน และอุณหภูมิพื้นผิวของดาวเคราะห์ Kepler-90i เท่ากับ 427 องศาเซลเซียส  จากการพิจารณาขององค์การนาซ่า ระบุว่าดาวเคราะห์ของระบบดาว Kepler-90 ร้อนเกินไปที่จะมีสิ่งมีชีวิตอยู่

 

nasa.gov

รูปนี้เป็นข้อมูล ณ เดือนธันวาคม 2017 ของนาซ่า แสดงจำนวนของระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์บริวาร หนึ่ง, สอง, สาม ไปจนถึง แปดดวง คือ ระบบสุริยะของเรากับระบบดาวเคปเลอร์-90 

แต่ละจุดแทนดาวเคราะห์ที่ได้รับการยืนยันแล้ว พบว่าระบบดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ (มากกว่า 2,000 ระบบ) เป็นแบบ one-planet system คือมีดาวเคราะห์เพียงดวงเดียว และมีส่วนน้อยที่เป็นแบบ multi-planet system คือมีดาวเคราะห์จำนวนมาก

 

nasa.gov

รูปนี้เป็นข้อมูล ณ เดือนธันวาคม 2017 ของนาซ่า แสดงดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (exoplanets) จากรูป มี exoplanets มากกว่า 2,500 ดวง (จุดสีเหลือง) ที่ถูกพบโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Kepler ซึ่งส่วนใหญ่เป็นดาวเคราะห์ขนาดเล็ก

ข้อมูล ณ เดือนพฤษภาคม 2019 มีการยืนยันการค้นพบ exoplanets แล้ว 4,058 ดวงในระบบดาวฤกษ์ 3,033 ระบบ ในจำนวนนี้เป็นระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์บริวารมากกว่าหนึ่งดวงอยู่ 658 ระบบ

 

 

Audien – Something Better ft. Lady Antebellum

 

 

Comments (0)

write a comment

Comment
Name E-mail Website