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Kepler-452b真的是「地球2.0」?

雷雅淇 / y編_96
・2015/07/25 ・4649字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

Credits: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle
Credits: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle

外太空雖然仍舊寂靜,但最近針對眾多的討論讓它顯得熱鬧非凡。新視野號在2015/7/14掠過冥王星,並不斷回傳讓人驚奇的影像和資料;與此同時,另一棚的克卜勒太空望遠鏡(Kepler)也發現了目前為止跟地球最相像的行星:Kepler-452b。

NASA在2015/7/23公布了這令人興奮的消息:雖然大家都以「地球2.0」稱呼這個令人興奮不已的發現,但在此之前我們不是已經用了很多像是「地球級系外行星」、「超級地球」、「最像地球的行星」等名詞,來形容過去發現的眾多在適居帶(habitable zone)的行星嗎?這次的發現真的有特別不一樣?難道我們之前的誓言都只是兒戲嗎?(女主角梨花帶淚模式on)

找系外行星嗎?你需要克卜勒之眼

美國太空總署(NASA)設計的克卜勒太空望遠鏡於2009年發射,運行的是尾隨地球的日心軌道,這樣克卜勒太空望遠鏡的觀測就不會被地球影響。它的任務是找尋環繞其他恆星的類地行星。克卜勒太空望遠鏡長期檢測15萬顆以上恆星的亮度,觀察它們是否有行星凌日現象:如果有一顆恆星的亮度會週期性的稍微變暗,又在不久以後恢復,就表示可能有行星繞行這個恆星,才發生掩星現象。

不過,還有其他原因會導致亮度的細微波動,例如有些恆星本身亮度就變化很大,所以所有的克卜勒所發現的候選行星都必須加上其他觀察,進一步分析收集到的資料。「確認是非常耗時的。」在加州山景城SETI研究所的克卜勒研究科學家考夫林(Eff Coughlin)說。 因此克卜勒團隊將確認過程自動化,結果發現小岩石(small rocky planets)行星是目前名單中最常見的行星類別,多達25%。

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source:Wikipedia
source:Wikipedia

2013年5月,由於克卜勒的反應輪故障(這又是一段很長的故事了),無法設定望遠鏡方向而暫停搜尋系外行星的任務。不過2014年就以雙輪模式復活,這個稱為K2的計畫裡也有些進展,找到了鄰近恆星系有3顆與地球相當的系外行星。而這次的Kepler-452b則是在過去的克卜勒計畫中羅列的500顆候選行星中發現的。克卜勒太空望遠鏡每30分鐘收集一次資料,要有3次凌日記錄才會被加入候選名單。截至2015年1月為止,克卜勒太空望遠鏡已在440個恆星系統中發現了1013個系外行星(exoplanet),需要進一步確認的候選名單(candidate list)還多達3,199個。

除了找到系外行星,還有另外一個人類更關心的事:適不適合居住?

安安,你聽過適居帶嗎?

過去有分析研究推測,在銀河系中調查過的類日恆星中,大約有五分之一的恆星會有在適居帶(habitable zone)上繞行的行星,適居行星撒遍銀河系啊。我們對適居帶的想像,其實仍奠基在地球的條件之上,所以有一個很重要的原則:行星表面必須維持有液態水。(奇怪耶你,找外星生命一定要先找水嗎?

因此這個類地行星距離它的母恆星不能太近也不能太遠:一方面是為了有適宜的溫度,另外一方面,剛好不會太熱或太冷的距離,行星表面才有可能有液態水,而不是水蒸氣或是冰。聽起來條件嚴苛(適居帶有時也被稱為「古迪洛克區(Goldilocks Zone)」因為童話古迪洛克當中的小女孩喜歡吃不冷又不熱的粥,真是難伺候啊),但其實這條帶可寬可窄:能離母恆星多近,其實是要取決於恆星的大小和能量輸出。對於比較小的恆星,像是紅矮星,適居帶可能會像是圍著火爐烤棉花糖一樣靠近。但對於巨大且炙熱的恆星,這條帶就必須退到安全距離外。

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有方程式可以計算適居帶和恆星之間的距離,主要的依據是利用恆星的光度。但這個方法用來算太陽系的適居帶其實就不太靈光了:例如,金星在適居帶內緣附近,但他表面濃厚的二氧化碳大氣層讓它表面高達462 °C,根本就沒辦法住人。所以儘管有公式,適居帶仍然要依星系而制宜,也不是在適居帶上的行星都能適居。

深綠色代表狹義太陽系適居帶,淺綠色代表廣義太陽系適居帶。souce:wiki
深綠色代表狹義太陽系適居帶,淺綠色代表廣義太陽系適居帶。souce:wiki

另外一個要維持表面有液態水的條件是行星質量。質量跟重力有關,地球的質量剛剛好,不會小到重力太微弱而無法抓住大氣,讓氣壓太低而水無法存在於行星表面;同時也不會重力大到讓氣壓過高,以至於液態水無法形成。

但關於適居帶也有些批評,認為太過地球本位主義,自會有出路的生命搞不好在其他看似嚴苛的環境下也能生存。(其實在地球也不乏一些極端的例子,像是地表下十公里,極高溫或是厭氧環境都還是有生物。)

Kepler 452b啊,是什麼讓你如此特別

到目前為止,有大約十幾個在適居帶上接近地球大小(體積約是地球的1/2~2倍)的行星被發現,光是Kepler就發現了12個在適居帶上的小行星。那Kepler-452b到底有什麼特別?

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Credits: NASA/JPL-CalTech/R. Hurt
Kepler-452星系與太陽系、Kepler-186星系的比較。(綠色的部分為適居帶)Credits: NASA/JPL-CalTech/R. Hurt

Kepler-452b距離地球有1400光年遠,他的一年是384.84天,直徑是地球的1.6倍。測量不會包括任何有關質量的資訊,但是從相似的系外行星判斷,研究團隊推估他的質量是地球的5倍,所以任何的到那裡造訪的旅客都會感受到在地球的兩倍重力,地心引力更抓得住你。團隊諮詢了行星地質學家,他們推測Kepler-452b可能經歷過一段火山活躍期,它的高質量給了它一個比地球還要濃的大氣層。

但讓Kepler-452b特別不同的,還有它繞行的母恆星。Kepler-452b的母恆星年齡比太陽大15億歲,亮度多了10%,質量也多了4%,但軌道與恆星的距離也較地球與太陽遠 5%,所以Kepler-452b剛好在它星系的適居帶內,但也有可能會經歷失控的溫室效應,類似現在被烘烤的金星。而且,它和太陽同樣都是G型恆星。(為了避免恆星分類就要講上一整天,詳細的分類法可以參考這裡。)

過去克卜勒太空望遠鏡發現的12顆在適居帶上的系外行星。
過去克卜勒太空望遠鏡發現的12顆在適居帶上的系外行星。

克卜勒太空望遠鏡之前發現的12個在適居帶上的行星,有四個是圍繞著質量和光度都比太陽還小的M型恆星、七個是繞著稍微和太陽比較接近的K型恆星(恆星分類以光譜標示,依據恆星的溫度由高至低排序(質量、半徑和亮度皆與太陽比較)分別是:Oh! Be A Fine Girl Kiss Me),而Kepler-452b是第一個繞著G型恆星的。

那過去說的一切,通通不算數了嗎(泣)

如果跟天文界有保持聯絡的話,你會想起:過去不是也發現了很多跟地球很像的行星嗎?

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在Kepler-452b出現之前,被稱為「地球最像行星」的是Kepler-186f,它在2014/4宣布發現,距離我們約500光年,比地球大不到10%且位在適居帶,所以表面也有可能水汪汪。不過他圍饒著的恆星是跟太陽比起來質量較小、溫度較低的紅矮星,Kepler-186f又在適居帶的外側所以上面會涼爽一些,Kepler-186f的中午感覺就像地球日落前一小時的黃昏,而且只要130天就可以過年了。

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Kepler-186星系與太陽系的比較。(綠色的部分為適居帶)

在Kepler-186f之前(是一個在點名前任情人的概念?),最類似地球的系外行星是Kepler-62f。但它其實算是超級地球,因為它比地球大了約40%,公轉週期為267天,母恆星也比太陽還要小、溫度也比較低,距離我們1,200光年,位在天琴座的方向。和Kepler-162f在2013/4同時期宣布發現的,還有Kepler-69C。

Kepler-62星系與太陽系的比較。(綠色的部分為適居帶)
Kepler-62星系與太陽系的比較。(綠色的部分為適居帶)

Kepler-69c更是個超級地球,他比地球大了70%,公轉週期為242天,它的母恆星和地球較為相近,大小差不多,光能量大約是太陽的80%(意味著溫度可能差不多。),行星系統距離我們2,700光年遠,位在天鵝座的方向。

Kepler-186星系與太陽系的比較。(綠色的部分為適居帶)
Kepler-186星系與太陽系的比較。(綠色的部分為適居帶)

還有於2011/12公佈,克卜勒太空望遠鏡上工第三天就找的Kepler-22b。這是人類首度在類太陽恆星旁的適居帶中間發現的超級地球,它約是地球的2.4倍大,距離我們600光年遠,公轉290天,母恆星射出的光能量比太陽少25%。

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Kepler-22星系與太陽系的比較。(綠色的部分為適居帶)
Kepler-22星系與太陽系的比較。(綠色的部分為適居帶)

其他不勝枚舉的還有Gliese 667CcGliese 581g(在2010/9公佈時也被稱為「發現至今與地球最類似的系外行星」)、EPIC 201367065的行星…等等等等等。

從左至右:Kepler-22b、Kepler-69c、這次的主角Kepler-452b、Kepler-62f、Kepler-186f,最右邊的是地球。
從左至右:Kepler-22b、Kepler-69c、這次的主角Kepler-452b、Kepler-62f、Kepler-186f,最右邊的是地球。

扣除掉Kepler-452b略大的尺寸和其他一些仍太不確定的因素,它確實是個令人非常興奮的發現–這是到目前為止我們找最接近地球的系外行星了。我們對於「第二個地球」抱有很多的懷想:移民、外星生命、藉此探索地球和生命的起源……;相信Kepler-452b不會是這趟追尋之旅的終點,「地球2.0」或許過不了多久又會換人當了。

其他延伸閱讀:

參考資料:

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雷雅淇 / y編_96
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之前是總編輯,代號是(y.),是會在每年4、7、10、1月密切追新番的那種宅。中興生技學程畢業,台師大科教所沒畢業,對科學花心的這個也喜歡那個也愛,彷徨地不知道該追誰,索性決定要不見笑的通吃,因此正在科學傳播裡打怪練功衝裝備。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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如何運用 Google AI的機器學習,發現新的系外行星 Kepler-90i ?
PanSci_96
・2017/12/19 ・1966字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 476 ・五年級

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  • 作者| Chris Shallue,Google人工智慧研究員 / Andrew Vanderburg,德州大學奧斯汀分校天文學家

幾千年來,人們仰望星星,記錄、觀察天文現象,並從中發現其運行模式。第一批天文學家所認定的天體是行星,由於行星在夜空中看似不規則的移動,因此也被希臘人稱之為「planētai」或「漫遊者 (wanderers)」。經過幾個世紀以來的研究,人們已經了解太陽系的運行模式,是地球和其他行星圍繞著太陽公轉,而太陽是一個恆星,就如同我們肉眼所看見會發光的星星一樣。

Image credit: NASA

如今,在望遠鏡光學(telescope optics)、太空飛行、數位相機和電腦等技術的幫助下,我們得以將對宇宙的了解擴展到太陽系之外,偵測並探究其他恆星周圍的行星。這些圍繞在其他恆星周圍的行星也稱之為「系外行星(exoplanet)」,而研究系外行星能幫助我們更深入探索宇宙與人類的奧秘。太陽系之外的宇宙是什麼樣子呢?外太空還有像太陽系一樣的其他行星恆星嗎?

雖然技術的進步有助於我們探索宇宙,但尋找系外行星仍不容易。與火熱的恆星相比,系外行星是冷的、小的、沒有光亮的,這就像要從幾千英里的地方,看見探照燈旁邊飛來的螢火蟲一樣困難。

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不過藉助機器學習(Machine Learning),我們在最近有了一些新的進展。

克卜勒任務與 Google AI 的相遇

天文學家搜尋系外行星的方式,其中一個是分析來自NASA 克卜勒任務(Kepler Mission)中的大量資料數據,並透過自動化軟體和手動方式來執行。克卜勒任務用了四年的時間觀察近20萬顆恆星,每30分鐘拍一次照片,並創造了近140億個資料點。這140億個資料點相當於大約2千兆個可能的行星軌道。這個龐大的資料量即使用最強大的電腦來分析也是非常耗時、費力的。為了讓這個分析的過程可以更有效率,我們導入機器學習來加速分析時程。

圖/Google台灣

凌星法是指,當一顆運行中的行星擋住了恆星的光線時,恆星的亮度會減小。我們以此概念為基礎,將其特徵訊號用來辨識周圍運行的行星,並運用克卜勒天文望遠鏡,在四年之間觀察並分析了20萬顆恆星的亮度。

機器學習能夠訓練電腦認識運作模式,而這對於分析大量數據來說尤其有用。機器學習技術的重點在於讓電腦從範例中學習,而不是透過編寫特定的規則。

我是Google人工智慧團隊的機器學習研究員,對於宇宙的世界相當感興趣。因此,我善用「20%計畫」(在Google,你可以利用20%的時間來做你喜歡或感興趣的事情)來開始執行這個專案。我和德州大學奧斯汀分校的天文學家 Andrew 接洽,共同執行這個專案。我們將機器學習技術應用在宇宙探索,並教導機器學習系統如何識別遙遠恆星周圍的行星。

我們利用超過 15,000 個被標記的克卜勒訊號,創造一個 TensorFlow 模組來辨別行星與非行星。為此,這個模型必須能辨認出真正的行星所形成的圖像,與其他天體如 星斑(starspots)雙星(binary stars)所形成的圖像。當我們讓 TensorFlow 模組辨識從未見過的訊號時,它能以96%的準確率辨認出哪些訊號是行星,哪些是非行星。因此,我們知道這個模組成功了!

克卜勒90i,發現!

有了可行的模組後,我們拍攝恆星,並利用這個模組在克卜勒數據中尋找新的行星。為了縮小搜尋範圍,我們研究了 670個已知可容納兩顆或更多的系外行星的恆星。在這樣的過程中,我們發現兩顆新行星:克卜勒80g 和克卜勒90i。其中值得注意的是,克卜勒90i 是第八個被發現圍繞著克卜勒90的行星,這使它成為除了太陽系之外,第一個已知的八大行星系統。

圖/Google台灣

我們利用15,000個被標示的克卜勒訊號,來訓練機器學習模組去辨認行星訊號,並利用這個模組,從670顆恆星的數據中發現新的行星,且成功發現了兩個先前被忽略的行星。

另外也發現了一些有趣的事:這個行星比地球大了30%;擁有大約華氏800度的地表溫度,絕對不是你下一趟旅行的好選擇;它以14天的週期繞著恆星公轉,這代表你每兩個星期就會過一次生日喔。

圖/Google台灣

克卜勒 90是太陽系以外第一個已知的八大行星系統。在這個星系中,行星運行的軌道更靠近恆星,而克卜勒90i每14天公轉一次。(請注意,行星的大小,以及行星與恆星的距離不在測量範圍內。)

當我們運用科技來嘗試了解宇宙時,會以為已經可以一窺一二,但其實不然。目前為止,我們只用TensorFlow 模組搜尋了20萬個恆星當中的670個,而克卜勒的數據中可能還有更多系外行星尚未被發現,未來機器學習的新思維和技術將能幫助人類進行宇宙探索,發現更多未知的領域!

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NASA湊齊七龍珠:TRAPPIST-1星系有七顆與地球大小相近的系外行星
PanSci_96
・2017/02/23 ・2032字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

TRAPPIST-1 星系中,其中一顆代號 TRAPPIST-1f 的星球表面模擬圖。科學家利用史匹哲太空望遠鏡和地面上的天文望遠鏡發現了 TRAPPIST-1 星系中有七顆近似地球大小的星球。

文 / 泛科學編輯部(據說是 j 編、k 編、v 編、y 編合寫的)

美國太空總署的「史匹哲太空望遠鏡」(Spitzer Space Telescope)發現了人類首知、第一個由七顆近似地球大小的行星環繞著一顆恆星的星系(TRAPPIST-1)。目前七顆行星中有三顆被確信位於「適居帶」,也就是與恆星的距離適中,而且很可能有液態水。(延伸閱讀:科學家是怎麼找系外行星的?

這是人類首次在太陽系外發現一個星系同時擁有這麼多顆位於適居帶的星球。這個星系中的七顆星球都很可能有著人類生存所必要的液態水和適宜的大氣層,其中又以在適居帶內的三顆星球機會最高。

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任職於 NASA 科學任務理事會(Science Mission Directorate)的朱伯肯(Thomas Zurbuchen)說,這是一個非常有意義的發現,我們獲得了回答「宇宙中是否有其他生物」這個重大科學問題的一大線索;一次找到這麼多顆在適居帶的星球讓我們朝問題的解答往前邁進了值得紀念的一大步。

「TRAPPIST-1」星系位在水瓶座,離我們不算很遠,如果你能飛的跟光一樣快,從地球出發大概 40 年(約 378 兆公里)就能抵達這群系外行星囉。

TRAPPIST-1 星系的名字來自於位在智利的 TRAPPIST 望遠鏡。2016 年 5 月, TRAPPIST 望遠鏡的研究員就發現這個星系中的三顆行星。在其他地面大型望遠鏡的幫助下,史匹哲望遠鏡不只確認其中兩顆的存在,還發現了其他五個,讓星系家族的行星成員一口氣增長到七個。研究結果發表在今(2017)年 2 月 22 日的期刊《自然》(Nature)。

美國時間 2017 年 2 月 23 日刊登在《自然》(Nature)期刊的封面,七顆近似地球大小的行星環繞著紅矮星 TRAPPIST-1 。圖/NASA

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根據史匹哲太空望遠鏡的觀測資料,研究團隊準確量出這七顆行星的尺寸,並初步推算其中六顆的質量和密度。研究員根據密度推測這群行星都是岩石硬漢,但還需要進一步觀察它們是否有豐富的水?地表有沒有液態水?而最遠,也是唯一沒被推測出質量的第七顆行星則可能是冰球。

研究報告的主要作者,比利時烈日大學 TRAPPIST 系外研究團隊的主研究員吉倫(Michael Gillon)解釋,這是我們首次發現七顆類似地球大小的行星,又繞著此等規模恆星轉的星系,「這也是有史以來研究規模近似地球的潛在移居星球的最好材料!」

根據觀測資料(星球的大小、質量、軌道距離)所繪製而成的示意圖,顯示 TRAPPIST-1 星系中每顆行星的大小比例還有與恆星之間的相對位置。

與太陽不同的是,TRAPPIST-1 星系的恆星是一顆極低溫紅矮星(ultra-cool dwarf),亮度比太陽還暗兩千倍,即便行星們離恆星很近,仍有可能保有液態水。TRAPPIST-1 星系的七顆行星的軌道離恆星的距離,比太陽系中水星與太陽的距離還要近。甚至這七顆行星間的距離也非常靠近,NASA 指出如果一個人站在其中一顆行星上,他們可能可以看到鄰近的另一顆行星上的地貌或雲。

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不過這些行星可能被母恆星潮汐鎖定(Tidal locking),像月球一樣只有一面固定面向恆星,所以會造成行星上有一半是永晝、一半是永夜的狀態。而 NASA 推測這個現象,行星上的氣候會與地球完全不同,例如會出現強風不斷從永晝面吹向永夜面,或是極端溫度變化等。

史匹哲太空望遠鏡於 2016 年秋季連續 500 小時持續觀測 TRAPPIST-1 星系。科學家藉由探測 TRAPPIST-1 恆星發出的紅外線,以及行星從恆星前經過的動態,藉此分析 TRAPPIST-1 星系的結構。

這張海報是人類利用太空旅行前往 TRAPPIST-1e 星球的想像圖。圖/NASA

2016 年 5 月哈伯團隊也觀察了 TRAPPIST-1 星系最內側的兩顆行星,並沒有發現它們有蓬鬆大氣的證據,更加強了這些行星的本質很有可能是岩石。哈伯研究的共同主持人、巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所天文學家尼科爾.路易斯(Nikole Lewis)說:「TRAPPIST-1 星系提供了很好的機會,讓科學家能在接下來的十年中去研究地球尺寸行星的大氣。」

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另外,NASA 尋找系外行星的行星獵人計畫中,克卜勒太空望遠鏡也正在研究 TRAPPIST-1 系統,藉由測量恆星由於行星經過時的亮度微小的變化,觀察其凌星現象。

那這就是追尋系外行星的最高峰了嗎?

之前也有眾多的系外行星被點名為「地球 2.0」,在適居帶的系外行星其實也多不勝數(延伸閱讀:Kepler-452b 真的是「地球2.0」?),而這次的發現雖然是「人類首知、第一個由七顆近似地球大小的行星環繞著一顆恆星的星系」,這或許讓我們對於移民、外星生命、藉此探索地球和生命的起源……等眾多地想像又前進了一步;但只要追尋系外行星的計畫仍在持續進行(2018 年還會有更高性能,可以檢測水、甲烷、氧氣、臭氧和其他大氣組成份,還能分析行星溫度以及表面壓力的 Webb 太空望遠鏡加入戰場喔!),這樣令人興奮的發現就不會停止!

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