唱作人高姍七年前在一本電子舞曲的書中看到這句話，“我當(dāng)時就覺得音樂和星系、宇宙是相同的，音樂有頻率和振動，脈沖星信號也有頻率、周期，從而轉(zhuǎn)換為音頻產(chǎn)生振動。”

 

　　9月23日晚，一場特別的“尋找宇宙心跳”脈沖星演奏會在微信視頻號上直播，高姍創(chuàng)作的一首《遇見你的時候所有星星都落在我頭上》歌中，前奏、間奏融合了編號為113的脈沖星的聲音，歌曲結(jié)束部分融合了114編號的脈沖星的音頻，聽起來像是水燒開后沸騰的聲音。

 

　　除了高姍，還有六位新銳音樂人也以脈沖星聲音為核心創(chuàng)作歌曲，傳遞脈沖星信號轉(zhuǎn)換而來的“宇宙心跳”聲。這場演奏會，是由騰訊優(yōu)圖實驗室與國家天文臺、澎湃新聞、復(fù)旦大學(xué)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院聯(lián)合發(fā)起的。跨界科技和藝術(shù)，吸引了不少天文愛好者的關(guān)注，也讓更多人進(jìn)一步接觸到天文宇宙的相關(guān)知識。

 

　　“脈沖星是大質(zhì)量恒星演化晚期的致密殘留物，距離我們非常遙遠(yuǎn)，可見光波段的信號非常微弱。"博士畢業(yè)于中國科學(xué)院國家天文臺、目前是復(fù)旦大學(xué)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士后、同時也是“探星計劃”的參與者王珅，在直播中表示，在已知的大質(zhì)量恒星演化晚期產(chǎn)物中，脈沖星屬于穩(wěn)定發(fā)射脈沖信號的一類中子星，其會周期性產(chǎn)生一個一個如同脈沖一樣的射電信號，形象把它稱為脈沖星。

 

　?。ㄗ笃穑┩醌|、王亞彪、池明旻講述AI+天文的探索歷程

 

　　“脈沖星還有一些特征，例如自轉(zhuǎn)的時間特別地短，按毫秒來計算，有的甚至自轉(zhuǎn)周期只有幾毫秒，蜜蜂還來不及振動一次翅膀，相當(dāng)于人類心跳一下，那里就度過了幾百天。”騰訊優(yōu)圖實驗室專家研究員王亞彪在直播中補(bǔ)充說。

 

　　如何探索脈沖星？如何將脈沖星的基本特征如輪廓、頻率映射到聲譜，構(gòu)造出脈沖星獨特的聲紋？這背后有著怎樣的淵源、技術(shù)和故事？在新時代進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)普及工作的大背景下，這顯得意義深遠(yuǎn)。

 

　　脈沖星，遭遇發(fā)現(xiàn)“瓶頸”

 

　　早在1976年發(fā)現(xiàn)時，因為脈沖星會發(fā)出一個規(guī)律性的信號，一度被認(rèn)為可能是外星文明給我們發(fā)了信號，所以稱之為小綠人。

 

　　2016年9月25日，被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meterApertureSphericalradioTelescope，簡稱FAST）落成啟用。因為接收面積非常大，所以它的靈敏度非常高，能接收到其他望遠(yuǎn)鏡看不到的比較弱的輻射脈沖。截止至今年7月，“中國天眼”已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了660余顆新脈沖星。但是FAST的觀測只是發(fā)現(xiàn)脈沖星的第一步。

 

　　復(fù)旦大學(xué)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授、博士生導(dǎo)師池明旻在直播中提及了利用中國天眼FAST發(fā)現(xiàn)脈沖星過程中的其他難點，比如對于脈沖星搜索任務(wù)，按目前的觀測時間分配，F(xiàn)AST每周可能產(chǎn)生近500TB的脈沖星觀測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后，產(chǎn)生3000萬~1億張信號圖，如果靠專家人工從這些圖片中尋找可能的脈沖星，1個科研工作者需花至少一年時間才能完成，是非常大的工程。這就亟需人工智能（AI）技術(shù)輔助。

 

　　而順著人工智能（AI）技術(shù)的思路往下走，又面臨新的問題，比如FAST現(xiàn)有脈沖星的樣本量較少，自FAST啟用以來，中國已發(fā)現(xiàn)600多顆脈沖星，但數(shù)據(jù)隸屬于不同科研項目，當(dāng)前公開可用于AI模型訓(xùn)練的正樣本不到100顆，而且這些可以被訓(xùn)練的數(shù)據(jù)，與當(dāng)前要處理的要預(yù)測的數(shù)據(jù)分布不一致，這也對AI模型的設(shè)計帶來很大的挑戰(zhàn)。

 

　　“轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生在2021年，騰訊優(yōu)圖從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)落地的戰(zhàn)略正在全面鋪開，從AIforindustry嘗試延展到AIforscience。騰訊優(yōu)圖在了解到我們的科研項目后，迅速加入進(jìn)來，所以在2021年7月宣布了‘探星計劃’。“池明旻說。

 

　　“云+AI”加持，發(fā)現(xiàn)脈沖星

 

　　2021年7月，騰訊與國家天文臺，攜手復(fù)旦大學(xué)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院聯(lián)合啟動了“探星計劃”，基于騰訊優(yōu)圖實驗室領(lǐng)先的計算機(jī)視覺技術(shù)、騰訊云的計算能力，用“云+AI”幫助中國天眼FAST處理每天接收到的龐大數(shù)據(jù)，并通過視覺AI分析找到脈沖星線索。

 

　　騰訊優(yōu)圖實驗室專家研究員王亞彪表示，探星過程中有了云+AI，由中國天眼FAST收集回來的太空信號轉(zhuǎn)化成圖像后，可以獲取不同維度的信息，比如色散、相位、時間、頻率等。通過多模態(tài)輸入信號的深度融合，將不同維度的信號圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，這樣就提高脈沖周期信號確認(rèn)的可信度，提升尋找脈沖星的效率和準(zhǔn)確率。

 

　　同時，為了解決樣本學(xué)習(xí)量不足的問題，探星計劃團(tuán)隊設(shè)計了半監(jiān)督域遷移學(xué)習(xí)的解決方案——使用非FAST觀測設(shè)備獲取的標(biāo)記數(shù)據(jù)，并同時使用少量FAST標(biāo)記數(shù)據(jù)以及大量未標(biāo)記數(shù)據(jù)進(jìn)行深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模。通過半監(jiān)督學(xué)習(xí)獲得“偽標(biāo)簽”數(shù)據(jù)，模型訓(xùn)練可用的樣本要比人工標(biāo)注大的多，因此極大提升了脈沖星自動識別能力。

 

　　在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的共同努力下，同等算力下，“云+AI”的方式助力尋找脈沖星的數(shù)據(jù)處理效率提升了120倍。新設(shè)計的多模態(tài)+半監(jiān)督學(xué)習(xí)的AI解決方案，相比業(yè)界原有的AI篩選模型，不僅具有更高的召回率，也促進(jìn)誤報率下降98%。

 

　　經(jīng)過8個月的努力，云+AI已從巡天觀測數(shù)據(jù)中尋找超過22個脈沖星。“這22顆脈沖星，其實是在幾十億張圖片中找到的。”王亞彪說。

 

　　此次“尋找宇宙心跳”脈沖星演奏會，脈沖星的聲音來源，正是將最新發(fā)現(xiàn)的8顆脈沖星的基本特征如輪廓、頻率映射到聲譜上，由此形成脈沖星的聲紋。

 

　　科技向善，科普與科創(chuàng)并重

 

　　“這次特別的演奏會，我們希望通過科技+藝術(shù)結(jié)合，能夠讓更多人了解脈沖星，對天文探索產(chǎn)生興趣。”騰訊優(yōu)圖實驗室專家研究員王亞彪說，了解得越深入，越感覺到生命的渺小，對宇宙更存敬畏之心。

 

　　就像康德說的：有兩種東西，我對他們的思考越是深沉和持久，他們在我心靈中喚起的贊嘆和敬畏就會越來越歷久彌新，一個是我們頭頂上浩瀚璀璨的星空，一是我們心中崇高的道德法則。

 

　　探索宇宙的腳步持續(xù)向前，以“科技向善”為牽引，人工智能的應(yīng)用不僅面對當(dāng)下，也看向未來。

 

　　據(jù)了解，2022年騰訊與國家天文臺、復(fù)旦大學(xué)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院共同開啟對M31仙女座星系的射電信號處理，這也是天文界對該星系中脈沖星類致密天體的最深度完整探測。

 

　　“目前通過三方合作找到的22顆脈沖星，都在銀河系內(nèi)。我們希望利用FAST高靈敏度特點，通過設(shè)計的AI模型開啟M31仙女座星系中脈沖星類致密天體的探索，希望有更多的年輕人參與到這從0到1的探索研究中來。讓大家能聆聽到銀河系外宇宙的‘心跳’！”復(fù)旦大學(xué)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授、博士生導(dǎo)師池明旻在直播中說。

 

　　確實，在這個過程中，科普是非常重要的一環(huán)。

 

　　2022年9月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于新時代進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)普及工作的意見》指出，科學(xué)技術(shù)普及是國家和社會普及科學(xué)技術(shù)知識、弘揚科學(xué)精神、傳播科學(xué)思想、倡導(dǎo)科學(xué)方法的活動，是實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重要基礎(chǔ)性工作。要面向群眾實際需求和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展典型問題，積極開展針對性強(qiáng)的高質(zhì)量公益科普；堅持把科學(xué)普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置，強(qiáng)化全社會科普責(zé)任，提升科普能力和全民科學(xué)素質(zhì)。廣大科技工作者要增強(qiáng)科普責(zé)任感和使命感，發(fā)揮自身優(yōu)勢和專長，積極參與和支持科普事業(yè)，自覺承擔(dān)科普責(zé)任。注重提升科普能力，運用公眾易于理解、接受和參與的方式開展科普。

 

　　可見，全民科普，是趨勢所向，不是選擇題，而是必選題，騰訊優(yōu)圖實驗室與國家天文臺、復(fù)旦大學(xué)計算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院等發(fā)起的這場特別的演奏會直播，為大家提供了一個“恰逢其時”的創(chuàng)新科普樣本。