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| 本文作者： 岑大師 | 2022-10-10 17:40 |
鏡頭從地面移向夜空，無(wú)垠的黑色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色星云，6顆“脈沖星”相繼出現(xiàn)，發(fā)出特別的聲音。
這是9月23日晚在“尋找宇宙心跳”脈沖星演奏會(huì)直播間的一幕，由AI助力中國(guó)天眼FAST發(fā)現(xiàn)的6顆脈沖星的“聲音”被首次公布，網(wǎng)友聽到來(lái)自數(shù)萬(wàn)光年外天體的音頻信號(hào)，一種遙遠(yuǎn)但親切的聲音。這些聲音由脈沖星發(fā)射的射電信號(hào)轉(zhuǎn)化而來(lái)，被稱為“宇宙心跳”。
脈沖星，1967年首次被探測(cè)到，是20世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)之一。23日晚，這種遙遠(yuǎn)的天體距離人類如此之近——一場(chǎng)帶有“宇宙級(jí)浪漫”色彩的“儀式”，讓天文，這門專業(yè)而小眾的學(xué)問(wèn)，被600萬(wàn)網(wǎng)友關(guān)注。
這背后，是一場(chǎng)更長(zhǎng)的跋涉，關(guān)于“科技創(chuàng)新”的“科學(xué)普及”。
視頻注釋：9月23日，騰訊優(yōu)圖實(shí)驗(yàn)室攜手國(guó)家天文臺(tái)、復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院、澎湃新聞發(fā)起“尋找宇宙心跳”脈沖星演奏會(huì)，在節(jié)目中“開箱”了6種“宇宙心跳”
2015年10月，正當(dāng)“中國(guó)天眼”FAST工程建設(shè)進(jìn)入反射面單元吊裝的最后沖刺階段，有人在知乎上提了一個(gè)問(wèn)題：中國(guó)造500米直徑世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡搜索外星文明的意義何在？
在這個(gè)問(wèn)題下，一位天文科普博主回答了一句話：“這望遠(yuǎn)鏡能干的事里洋洋灑灑一大堆，大部分納稅人只看到或者說(shuō)看懂了外星人三個(gè)字。”
雖然每一次太空探索都會(huì)激發(fā)起一股公眾層面的“天文熱”，但不可否認(rèn)，天文依然是一門“冷門”的學(xué)科，“手可摘星辰”是一種浪漫的幻想，光年外的故事和普通人的距離依然遙遠(yuǎn)。
圖注：“中國(guó)天眼”FAST，中國(guó)有史以來(lái)最大的天文工程
但“冷門”的天文學(xué)，卻代表著人類最本初的好奇心和想象力。
在畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、如今是復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士后的王珅眼里，天文是一門古老的學(xué)科，又是一門年輕的學(xué)科；同時(shí)，它既是一個(gè)昂貴的學(xué)科，也是一個(gè)“普惠”的學(xué)科。
說(shuō)它古老，是因?yàn)閺奈覀兊淖嫦绕?，就開始仰望星空用于指導(dǎo)人類的生活，許多古人的觀測(cè)方法，到今天依然適用；說(shuō)它年輕，是因?yàn)閿?shù)學(xué)、物理方法的應(yīng)用以及先進(jìn)的觀測(cè)工具在近幾十年的進(jìn)步，使得這門學(xué)科有了爆炸性的發(fā)展；
說(shuō)它昂貴，是因?yàn)榧舛颂煳膶W(xué)成果高度依賴于昂貴的觀測(cè)設(shè)備；說(shuō)它“普惠”，是因?yàn)槲覀冎灰ь^就能看到星空，對(duì)星空有任何的思考，都能提高自己的科學(xué)素養(yǎng)。
如何做好天文科普，讓大眾了解自己的工作，甚至從中激發(fā)對(duì)科學(xué)的熱情，這是FAST團(tuán)隊(duì)以及天文工作者需要解答的問(wèn)題。
“FAST這樣一口‘鍋’，如果把它裝上米飯，全世界大概每個(gè)人能有2碗。”在2020年央視《開講啦》現(xiàn)場(chǎng)，李菂為現(xiàn)場(chǎng)和電視機(jī)前的觀眾做了一場(chǎng)關(guān)于FAST的趣味科普。
作為時(shí)任FAST項(xiàng)目副總工程師、后來(lái)接任南仁東擔(dān)任FAST項(xiàng)目首席科學(xué)家的李菂，他從2007年起就開始參與到FAST工程中，2012年，他全職回到國(guó)內(nèi)，全身心投入到FAST建設(shè)中來(lái)。
除了“科學(xué)家”的身份，他還是一位“科普家”。在央視《開講啦》、東方衛(wèi)視《未來(lái)中國(guó)》等電視節(jié)目上，李菂常?；怼笆?jí)段子手”，用生動(dòng)詼諧的語(yǔ)言向大眾進(jìn)行科普，F(xiàn)AST除了尋找外星人還能做什么。
其中之一便是對(duì)脈沖星的發(fā)現(xiàn)和研究。脈沖星是高度磁化的、快速旋轉(zhuǎn)的中子星，由大質(zhì)量恒星在生命末期經(jīng)歷超新星爆發(fā)形成，物質(zhì)密度僅次于黑洞。其特征是一個(gè)規(guī)律性的穩(wěn)定信號(hào)，當(dāng)脈沖星的極冠轉(zhuǎn)到地球視線的方向，我們便可檢測(cè)到其輻射信號(hào)。
做一個(gè)形象的比喻，脈沖星就好比航海的燈塔，也是天文與物理學(xué)者孜孜追尋和醉心研究的目標(biāo)。
圖注：地球上導(dǎo)航需要GPS，星際導(dǎo)航需要脈沖星，通過(guò)脈沖星可以得出飛船在宇宙的所在位置
長(zhǎng)期以來(lái)，脈沖星都是天文、物理的前沿研究對(duì)象，可用于引力波探測(cè)、黑洞等相關(guān)研究，有助于解答許多重大物理學(xué)問(wèn)題。由于脈沖星主要通過(guò)射電波段進(jìn)行探測(cè)，對(duì)脈沖星的發(fā)現(xiàn)和研究，是國(guó)際上大射電望遠(yuǎn)鏡關(guān)鍵科學(xué)目標(biāo)之一，也是科學(xué)前沿探索的必爭(zhēng)之地。
FAST的全稱是五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope），不僅是世界最大口徑的單天線射電望遠(yuǎn)鏡，還擁有其他射電望遠(yuǎn)鏡難以企及的靈敏度，因此也成為了天文研究者眼里的“脈沖星發(fā)現(xiàn)利器”。
為更好地向大眾科普這一特點(diǎn)，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)幾年前開始嘗試將觀測(cè)到的脈沖星信號(hào)轉(zhuǎn)化成音頻。幾年前，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)在錄取通知書里為本科新生寄送了一張“黑膠光盤”，光盤上便刻錄了通過(guò)中國(guó)天眼FAST捕獲的15顆脈沖星音頻信號(hào)。
而這種特別的跨界形式，在3年后有了新的呈現(xiàn)，一首首單獨(dú)的音樂(lè)作品，將變成一場(chǎng)特別的“科普音樂(lè)會(huì)”。但在此之前，除了大眾科普，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)正在琢磨一件同樣重要的事，在脈沖星探測(cè)上，他們遇到了一個(gè)問(wèn)題。
理論上講，發(fā)現(xiàn)一顆新的脈沖星只需要三步：第一步，用射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天空；第二步，記錄信號(hào)；第三步：找出符合條件的周期性穩(wěn)定信號(hào)。但正如同“把大象裝進(jìn)冰箱”的問(wèn)題一樣，越是簡(jiǎn)單的步驟背后，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程就往往越是復(fù)雜。
FAST團(tuán)隊(duì)遇到的問(wèn)題正是在第三步：如何從海量的觀測(cè)數(shù)據(jù)中找到符合條件的信號(hào)。FAST接收到脈沖星微弱的射電信號(hào)，經(jīng)過(guò)一系列物理處理，會(huì)被轉(zhuǎn)化為一張“信號(hào)圖”，科學(xué)家需要通過(guò)“識(shí)圖”來(lái)篩選脈沖星候選體。
據(jù)估計(jì)，天眼FAST每周大約產(chǎn)生500TB的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，大約會(huì)產(chǎn)生3千萬(wàn)-1億張信號(hào)圖，僅靠FAST團(tuán)隊(duì)自己的技術(shù)模型，很難快速處理如此龐大的數(shù)據(jù)。
圖注：FAST接收到脈沖星的射電信號(hào)，轉(zhuǎn)化為“信號(hào)圖”
就在FAST團(tuán)隊(duì)正在思考如何提高信號(hào)處理效率的時(shí)候，在上海騰訊優(yōu)圖實(shí)驗(yàn)室，一場(chǎng)頭腦風(fēng)暴正在展開。
腦暴的主題是“AI For Science”：AI如何和基礎(chǔ)科學(xué)做結(jié)合。會(huì)上討論的結(jié)果，有望成為騰訊優(yōu)圖接下來(lái)的一個(gè)創(chuàng)新探索方向。包括虛擬孿生、光計(jì)算、新材料等不少創(chuàng)新的方案被提出。
最終選出的，是由一名青年研究員王亞彪提出的“AI+天文”的方案，成為后來(lái)“探星計(jì)劃”的雛形。
王亞彪也是一名天文愛好者，他了解到此前國(guó)家天文臺(tái)正是通過(guò)“識(shí)圖”來(lái)篩選脈沖星候選體，復(fù)雜的“探星”問(wèn)題，可以轉(zhuǎn)化為AI的計(jì)算機(jī)識(shí)別問(wèn)題，而這正是騰訊優(yōu)圖擅長(zhǎng)的。同時(shí)，海量的數(shù)據(jù)處理需要強(qiáng)大的云算力支持，騰訊云正好幫得上忙。
很快，王亞彪和李菂見了面，雙方一拍即合，并且聯(lián)合此前已經(jīng)在AI探星上有過(guò)研究的復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，開啟了一場(chǎng)尋星之旅，通過(guò)騰訊“云+AI”的加持，幫助FAST探測(cè)脈沖星，“探星計(jì)劃”正式啟動(dòng)。
合作比想象中順暢，AI助力FAST對(duì)脈沖星的搜尋速率提升了120倍，并且很快迎來(lái)第一次成果公布：發(fā)現(xiàn)了22顆脈沖星，并且啟動(dòng)了對(duì)河外星系M31仙女座星系中脈沖星類致密天體的最深度完整探測(cè)。
但這并非騰訊“入局”的全部——這個(gè)結(jié)果讓人興奮，但又面臨著下一個(gè)問(wèn)題。
星辰大海固然美好，但是對(duì)于一般人來(lái)說(shuō)，天文小眾且專業(yè)，大多數(shù)人并不懂，脈沖星更是和普通人的生活“八桿子打不著”，“星辰大海如果沒(méi)人關(guān)注，就變成了小眾圈子的狂歡。”
“我們需要一場(chǎng)大眾科普。關(guān)于脈沖星，關(guān)于FAST，關(guān)于AI探星。”騰訊決定加入天文工作者一直在做的“科普之旅”，因?yàn)榭萍紕?chuàng)新和科學(xué)科普同樣重要。
科普的方式有很多種，關(guān)鍵是怎么能讓普通人也能關(guān)注和參與。
很快，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)在嘗試的“特別的科普形式”引起了騰訊團(tuán)隊(duì)成員的關(guān)注——關(guān)于脈沖星會(huì)“唱歌”這件事。他們還發(fā)現(xiàn)，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)那張黑膠光盤里的脈沖星音頻，聽起來(lái)就像是不同的“音樂(lè)鼓點(diǎn)”
“要不用脈沖星信號(hào)轉(zhuǎn)成的聲音做場(chǎng)演奏會(huì)吧！”團(tuán)隊(duì)有人受到這個(gè)創(chuàng)意啟發(fā)，提出了一個(gè)新點(diǎn)子，天文數(shù)據(jù)音頻化已有成功先例，但是用脈沖星的聲音開演奏會(huì)卻鮮有聽說(shuō)。
這兩年，各種線上演唱會(huì)直播常常出圈，成為大眾最喜聞樂(lè)見的形式。通過(guò)線上音樂(lè)會(huì)的形式，可以讓更多普通人了解到AI等技術(shù)對(duì)脈沖星研究的科技創(chuàng)新價(jià)值，了解到中國(guó)的天文事業(yè)。新點(diǎn)子符合大家對(duì)做科普的初衷，很快被采納。
團(tuán)隊(duì)迅速找到了探星計(jì)劃的主創(chuàng)人員之一王珅，請(qǐng)教脈沖星射電信號(hào)實(shí)現(xiàn)音頻轉(zhuǎn)換的可能性。王珅畢業(yè)于國(guó)家天文臺(tái)，而他在脈沖星信號(hào)音頻轉(zhuǎn)換上，也研究出一個(gè)全新的技術(shù)路徑：“基于FAST漂移掃描短暫的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以用一種新的技術(shù)路徑實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖星數(shù)據(jù)的音頻化，進(jìn)而譜寫成完整的音樂(lè)”——讓AI發(fā)現(xiàn)的顆脈沖星“唱歌”，成了他的新任務(wù)。
只不過(guò)不同于以往，這次的演奏會(huì)，脈沖星是主角。而脈沖星的聲音，聽起來(lái)就像是“宇宙心跳”，這也成為演奏會(huì)的主題。
用最大眾化的方式講最硬核的技術(shù)，項(xiàng)目成員，準(zhǔn)備辦一場(chǎng)科學(xué)+藝術(shù)結(jié)合的“科普音樂(lè)會(huì)”。
所有的光芒，都需要時(shí)間才能被看到。
9月23日，“尋找宇宙心跳”脈沖星演奏會(huì)直播開啟。
演奏會(huì)中音樂(lè)人所采用的脈沖音頻信號(hào)，正是來(lái)自于“探星計(jì)劃”發(fā)現(xiàn)的22顆脈沖星，在有的歌里，甚至可以“聽見”8顆脈沖星的“心跳聲”。在音樂(lè)人高姍眼里，這份來(lái)自脈沖星的浪漫更為實(shí)際，“可能是，通過(guò)音樂(lè)的振動(dòng)把科學(xué)的振動(dòng)傳遞給大家吧。”
“探星計(jì)劃”的三位主創(chuàng)成員，與星空攝影師、7位新銳音樂(lè)人一起，共同暢談星空和脈沖星探索，對(duì)天文現(xiàn)象、脈沖星探測(cè)、科技探索宇宙進(jìn)行公眾科普，超過(guò)600萬(wàn)名觀眾在線感知脈沖星的心跳，聆聽以AI探索宇宙的故事。在“最長(zhǎng)的安可”，多地星空慢直播環(huán)節(jié)，眾多網(wǎng)友在直播間觀星和許愿，電臺(tái)主播通過(guò)宇宙相關(guān)的音樂(lè)、電影、文學(xué)話題，將網(wǎng)友思緒引入太空。這場(chǎng)“安可”直到凌晨5點(diǎn)結(jié)束，來(lái)自脈沖星的“宇宙心跳”在直播間里徹夜不停。
“凌晨一點(diǎn)至五點(diǎn)，這次宇宙不僅為你閃爍，還為你演奏?！敝辈ラg里，有人改寫了《三體》的一句經(jīng)典臺(tái)詞。
圖注：探星計(jì)劃主創(chuàng)人員現(xiàn)場(chǎng)科普講解脈沖星（從左到右：復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院池明旻課題組博士后王珅（畢業(yè)于國(guó)家天文臺(tái)）、騰訊優(yōu)圖實(shí)驗(yàn)室專家研究員王亞彪、復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授、博士生導(dǎo)師池明旻、澎湃新聞主持人唐屹）
對(duì)于演奏會(huì)，復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授池明旻認(rèn)為這是一種“有趣而且效果非常好”的科普形式。宇宙的奧秘一直激發(fā)著人類的好奇心和想象力，她也希望社會(huì)各界能在科普教育上做更多的創(chuàng)新嘗試，激發(fā)年輕人的好奇心，投身到從0到1的探索中來(lái)。池明旻談到了之前在南非考察的經(jīng)驗(yàn)，驚訝于當(dāng)?shù)靥煳目破胀茝V的成熟度，“他們?cè)谔煳呐_(tái)下一圈都有帳篷，那是讓人們來(lái)仰望星空的地方，所以科普可以嘗試的形式有多種。好的科普，應(yīng)當(dāng)是有趣的科普。”
王亞彪則則想起了10歲左右時(shí)看過(guò)的一本叫做《外星人回答101》的書，他從這本書了解到“光年”的概念，并萌生了對(duì)天文的興趣。他想，也許有另一位孩童看到今天的演奏會(huì)，也會(huì)種下一個(gè)“天文夢(mèng)”。
在未來(lái)，優(yōu)圖實(shí)驗(yàn)室考慮在“探星計(jì)劃”的基礎(chǔ)上，把AI技術(shù)和天文結(jié)合的案例進(jìn)行持續(xù)的科普，并繼續(xù)探索新的科普方式，向青少年傳播AI技術(shù)和天文知識(shí)。
圖注：網(wǎng)友們?cè)凇白铋L(zhǎng)的安可”直播間互動(dòng)
對(duì)于之前花了不少精力做科普的FAST來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)好消息。
如培根所言，知識(shí)的力量不僅取決于其本身價(jià)值的大小，更取決于它是否被傳播，以及傳播的廣度和深度。有騰訊優(yōu)圖實(shí)驗(yàn)室這樣既懂技術(shù)又懂傳播的生力軍輔助科學(xué)家做科普，不僅有助于減輕科學(xué)家的負(fù)擔(dān)，促進(jìn)更多科學(xué)成果的產(chǎn)出，還有望激發(fā)更多年輕人的參與和興趣。
這也是AI與基礎(chǔ)科學(xué)結(jié)合的價(jià)值——就像電影《風(fēng)語(yǔ)者》的情節(jié)，一門再小眾的語(yǔ)言，也會(huì)起到難以估量的巨大作用；而在AI的加持下，之前屬于少數(shù)人才能理解的“與星星的對(duì)話”，也會(huì)吸引到更多人投入其中，迸發(fā)出更絢爛的光彩。
2022年1月5日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)舉行新聞發(fā)布會(huì)，令人期待的一條消息是，“中國(guó)天眼”正在考慮拿出1%的觀測(cè)時(shí)間對(duì)全國(guó)的中小學(xué)生開放，“給他們一個(gè)平視世界的基礎(chǔ)?！?/p>
“中國(guó)天眼之父”南仁東曾說(shuō)過(guò)一句話：“天眼是為下一代人建設(shè)的?！?017年9月13日，當(dāng)FAST首次發(fā)現(xiàn)第一顆脈沖星時(shí)，李菂給正在住院的南仁東發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)短的郵件匯報(bào)這一里程碑成果。雖然李菂至今無(wú)法確認(rèn)，南仁東是否看到了這封郵件，但他相信，在AI等新技術(shù)的幫助下，新一代的天文工作者能擁有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)在的想象力，利用天眼取得更大的成績(jī)。
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