天体物理学家张双南：AI将指挥天文卫星探索宇宙

　　由搜狐主办的2023搜狐科技峰会17日上午在北京开幕。中科院国家天文台空间科学研究部首席科学家张双南在峰会上提到，人工智能一定可以助力天文学研究，在未来全面探索宇宙过程当中发生非常重要的作用。

　　张双南今天发表了题为《从慧眼天文卫星到智能猎人星座：Catch you all!》的演讲。他认为，面对变化多端而又无法预测的宇宙，今天的观测能力实在是非常有限。因此希望利用猎人星座计划全面探索爆发可变化的宇宙。该计划将有百颗数量级微纳卫星组，成本低且可以成批进行无漏网观测。

　　不过，指挥上百颗卫星需要多个科学家，且难以实现无漏网地观测，因此需要人工智能的帮忙。

　　以下为张双南演讲全文：

　　我下面用简短的时间给大家介绍一下宇宙当中在发生什么，非常激动人心的事情，让我们会花很多的钱要研制非常先进的天文仪器。

　　先讲一个故事。2020年4月，我们下定决定让慧眼卫星运行两天，去观测天体中子星。在作出这个决心以后，10个小时就发生了一件非常重要的事情：慧眼卫星发现了快速射线暴来自于中子星。

　　过去一些年里面有一个非常重大的天文疑难就是快速射线暴来自于哪里?快速射线暴首先产生的时候非常快，几毫秒时间，当它发生的时候比天上所有的产生无线电信号、天体源信号加起来都要亮，但是一直不知道来源于哪里。有时候它会在某一个方向上会重复，有时候还有周期性。所以有些人说这是外星人的信号。

　　慧眼卫星观测到中子星产生了一个剧烈的X线爆发，8.6秒之后，美国和加拿大射线天线发现在那个方向有一个快速射线暴，而我们证明了他们看到的快速射线暴和我们看到的X射线爆发是同一个天气同一个过程当中产生的，因此不是外星人的信号。

　　有记者问：万一外星人很聪明，就住在中子星上呢?我说，中子星上连完整的原子都不可能存在，温度很高，一定是等离子体，磁场很强，电子和质子距离一定要拉开，外星人不可能在上面存在。

　　第二个故事是去年10月9号慧眼卫星的另一个重大发现。这次发现了迄今为止人类所观测到最亮的伽马射线爆。有些人推测，这是一万年才发生一次，一万年以后可能我们的文明是另外一个形态，在这个时间内这个伽马射线暴给我们提供了理解宇宙爆发事件非常好的工具。

　　这个伽马射线暴怎么产生的?根据我们的数据和国外的数据，我们理解是一颗质量非常大的恒星，演化到最后变成了黑洞，在这个过程当中产生了极端相对论喷流，速度基本是光速了，产生了极强的伽马射线暴，方向正对着我们。所以这种机会非常少，我们得到了这样一个结果。

　　但是从慧眼卫星从2017年发射到今天，我也做了很多错误的决定，决定让我们的慧眼卫星指过去观测这个天体却一无所获。所以每次观测成功了之前，其实我们失败了很多次。

　　面对变化多端而又无法预测的宇宙，我们中国只有一个X射线天文卫星，今年年底可能再发射一颗，明年还会再发射一个卫星，但是还是很少。全世界也只有屈指可数的X射线天文卫星，为什么这样的天文卫星这么少?

　　因为一颗这种卫星造价为几亿到上百亿人民币，而且研制和发射时间非常长，通常是几年到几十年。且寿命可能是零，因为发射很可能立刻失败，这样的例子也是有的，最多几十年，这是完美的情况。慧眼卫星2017年发射运行到今天，我们感觉到非常幸运，设计寿命只有四年，预计还能够运行几年的时间。

　　所以面对变化多端而又无法预测的宇宙，今天的观测能力实在是非常有限，这既是挑战也是机遇。如果面对非常多事件的时候，我们会有严重不足的观察设备。我们的机遇就是要解决两者的失衡，我们有没有办法在能够检测到宇宙当中变化的同时，又有足够多的天文望远镜资源，对每一个变化的天体进行跟踪，而不需要做出很困难的决策。

　　这个机遇就是我最后要给大家介绍个猎人星座。

　　我们希望利用猎人星座全面探索爆发可变化的宇宙。这个计划的优点是，将有百颗数量级微纳卫星组成，成本很低。百颗卫星基本是一颗慧眼卫星的成本。我们不再纠结什么时候一定跟着腊个天体，可以成批进行观测，没有漏网，而且要活捉，将用人工智能实时指挥这些卫星，当现象发生时候立刻跟上去看。

　　所以高质量的观测，我们希望有很多的卫星组成星座对各种天体进行观测。

　　然而问题来了，如何指挥上百颗卫星友好合作，如何让它们合作起来做到无漏网高质量的观测?就我的能力来讲，我能力指挥两到三颗卫星，10颗卫星完全不可能指挥，给我一个团队也不可能指挥，因为我们要商量才行，只要人进行商量，你就不可能完成无漏网高质量的观测，给我一百个首席科学家，一百个科学团队也不可能指挥上百颗卫星进行这样的观测。

　　因此我们需要有智能化的望远镜星座实时自动控制上百颗卫星，我们才能完成这上百颗卫星合起来可以围剿某一个非常重要的天体。

　　当然我们需要进行人工智能的训练，需要策略的上传，而且分布式的即时决策等非常复杂的工作。我们是请专业的人工智能团队和我们一起工作，了解天文学家需求，我们一起来设计这个任务，来完成这个工作。

　　最后，我想说，为了发展智能星座，我们实验室很多年前就开始布局研制轻量化望远镜。因为要放在一百多颗卫星上，每颗卫星上携带一个望远镜，卫星就不能太大，好在我们现在已经有了这样的望远镜技术，而这个技术是全球领先的技术。

　　现在我们国家的航天技术也非常发达，现在在探讨人工智能未来的发展，所以我想人工智能一定可以助力我们的天文学研究，在未来全面探索宇宙过程当中发生非常重要的作用。