找星星
月亮什么时候开始出现的？我从远处拿酒杯。我不知道天上的宫殿。今晚是哪一年？
与几千年前的诗句相呼应的，是一群“偶像化的人”的梦想:浩瀚的太空中，数百万光年外的脉冲星不断向地球发射信号，这也是中国“天空之眼”——500米口径球面射电望远镜FAST(简称FAST)探测到的边界。
2016年，Fast在贵州建成。相当于30个标准足球场的反射面积，大大拓展了“偶像化的人”观测星空的视野，也为地球上的射电天文学家带回了更有价值的宇宙“心跳”。
而这些声音和心电图一样，也在为人类探索和了解宇宙创造更多的可能性。崇拜地球上的人。
王诜是“偶像崇拜者”中的一员。
毕业于中国科学院国家天文台，天体物理学博士。目前在复旦大学计算机科学与技术学院副教授、博士生导师迟明敏的实验室做博士后研究。他的主要研究兴趣是射电天文观测、脉冲星和射电临时源的搜索以及与计算天文学相关的跨学科研究。
2014年，王诜第一次访问FAST。绕过蜿蜒的泥泞山路到达现场，王诜看到了FAST，它在一个平坦的场地上，建起了一个支撑塔，但他一眼就被这个宏伟的项目吸引住了。
快速在王诜面前是巨大的。然而，与此相比，它在几百万光年之外采集到的信号却非常“微弱”。
王诜是这样描述的:“我们接收到的所有宇宙信号都不足以将一页变成能量，信号强度非常微弱。但脉冲星的优势在于它们是周期性的，因此我们可以使用一种周期性折叠方法和一种傅立叶变换来累积它的多个周期性信号，以便进行探测和数据处理。”
FAST解决了脉冲星的信号采集问题。这些微弱的信号经过积累，每天会产生500TB左右的原始数据。
然而，新的问题出现了——首先，专业天文软件对信号进行预处理需要耗费巨大的计算资源；其次，在预处理完成后，可能需要一名天文研究人员王力可·阿什一年的时间才能从预处理生成的3000-1000万张图像中成功找出脉冲星候选体，这是一项繁重的工作量，需要很长的时间。
面对庞大的数据，AI“找星星”被纳入考虑范围。
然而，真正的问题是脉冲星的样本量极小。自FAST开放以来，中国已经发现了600多个脉冲星，但只有约100个样本可用于训练AI模型。这让国家天文台的AI筛选模型很难施展拳脚。
转机发生在2021年，当时王玉洁和王亚彪所在的腾讯优图实验室研究团队正在寻求AI+科学的落地场景。
得知复旦大学参与的脉冲星项目后，王玉洁和王亚彪很快开始了三方合作。2021年，腾讯联合国家天文台、复旦大学计算机科学与技术学院正式启动“探星计划”。依托腾讯优图实验室的计算机视觉技术和腾讯云的计算能力，他们希望通过“云+AI”提高探索脉冲星的效率。
星际探索计划
AI算法和云计算能给“偶像化的人”带来哪些祝福？
复旦大学计算机科学与技术学院副教授迟明希是“探星计划”的创始成员之一。在她看来，腾讯优图的加入带来了几个突破，包括基于多模态+半监督学习的AI解决方案和AI+动态频谱信号。
从一亿张图片中提取找星星并不容易。为了解决样本学习不足的问题，探索团队设计了一种用于域迁移的半监督学习解决方案——利用非快速观测设备获得的标记数据，同时利用少量快速标记数据和大量未标记数据进行深度神经网络建模。通过主动学习，可以获得“伪标签”数据，用于模型训练的可用样本远大于人工标签，从而大大提高了脉冲星的自动识别能力。
同时，“星际探索计划”团队还尝试了多模态应用。FAST采集的空间信号转换成图像后，可以获得不同维度的信息，如频散、相位-时间、频率-时间图等。迟明希表示，多模态输入信号的深度融合远胜于恒源信号的直接分析。多模态融合的方式是分析不同维度数据的脉冲星信息，从而提高脉冲周期信号确认的可靠性，进而提高脉冲星搜索的效率和精度。
在产业界和学术界的共同努力下，“云+AI”方法帮助寻找脉冲星的数据处理效率在同等计算能力下提高了120倍。与业界原有的AI筛选模型相比，新设计的多模态半监督学习AI解决方案不仅具有更高的召回率，还促进了98%的误报率降低。
为什么是脉冲星？
在不到一年的时间里，“探星计划”已经从FAST巡天数据中发现了22颗脉冲星。
在这22颗脉冲星中，有7颗高速旋转的毫秒脉冲星，6颗疑似处于生命周期末期的间歇性辐射脉冲星。与此同时，“探星计划”联合团队还首次利用自主研发的动态光谱AI模型探测到一颗磁陀星的射电脉冲，并将启动对仙女座星系M31的AI+射电天文信号的分析处理——这也将是天文学界对该星系中类脉冲星致密天体最深入、最完整的探测。
脉冲星是一种快速旋转的中子星，由超新星爆炸产生。它的发现可以视为一座桥梁，将加深人们对浩瀚宇宙的进一步认识。
王诜解释说，天文学的核心研究叫做“两暗一黑三源”。“两暗”就是暗物质和暗能量。“一黑”就是黑洞。“三个起源”是宇宙的起源、天体的起源和生命的起源，脉冲星同时涉及其中的三个。
目前已知的大质量恒星演化后期的产物有三种，一是白矮星，二是以脉冲星为代表的中子星，三是黑洞。黑洞的直接观测非常困难，对脉冲星的研究有助于了解它的“表弟”黑洞。
其次，对脉冲星的研究还可以帮助我们解决天体和生命起源的问题。超新星爆炸留下的物质是以脉冲星为代表的中子星。“我们研究脉冲星，其实就是在研究大质量恒星的晚期生命过程，进而研究天体的演化和生命的形成。”一种比铁重的元素，是生命形成所必需的，由超新星爆炸产生。换句话说，所有人类都来自星尘。
“探星计划”带来的研究方法创新也正在向更广泛的领域延伸。
比如“探星计划”的团队就利用脉冲星的单脉冲搜索技术发现了快速射电爆发。快速射电爆发的起源仍不清楚。它的能量强度相当于太阳一毫秒一整年的能量，是一种极其剧烈的活动。研究人员推测，它可能来自银河系之外，并期望找到快速射电爆发的更多细节。
这些基于脉冲星探测的模型算法不断优化，有望在不久的将来对外开放，进行更广泛的天文探测。
动态光谱信号图
在王诜看来，由于脉冲星本身具有巨大的磁场并高速旋转，甚至周围的环境是一个非常极端的天体，所以在其周围可以观测到很多在地球上无法实现的实验室条件。“例如，我们利用脉冲星来测量银河系的磁场分布。虽然只是初步的银河系磁场分布，但它确实使我们能够更多地了解我们所处的星系，而这也将为脉冲星的探索和‘探星计划’赋予更多的探索价值。”
并且，我们生活在时间和空间中，旅行是时间和空间的位移。任何发展成行星导航的文明都需要一个定位指南来指明自己在宇宙中的位置。毫秒脉冲星具有极其稳定的周期运动特性，比地球上方的原子钟还要精确。
脉冲星的发现和研究是FAST的重要科学目标。对于“偶像崇拜者”沈，“就我个人而言，当我看到FAST时，我觉得这种生活是值得努力的。”
星际航行
脉冲星的本质是中子星。
一些大质量恒星在进化末期爆炸，紧接着产生强烈的太空焰火。在这个过程中，留下了巨大的恒星碎片，并最终成为快速旋转的中子星。当中子星可以发出脉冲信号，而它又恰好在地球方向时，就变成了我们遇到的“脉冲星”。
“它的光束非常准直，正好对准地球的方向，这样就可以越过‘万水千山’，然后在地球上接收。”王伟说。
人类发现的第一颗脉冲星是由英国的乔斯林·贝尔和她的导师赫维什在1967年发现的。它会发出有规律的信号。起初，他们认为这可能是外星文明给我们送来的，所以称之为“小绿人”。但后来的科学研究发现，它其实是30多年前预言的中子星。
但是一颗几万光年外的恒星和我们有什么关系呢？
用迟明敏的话来说——地球导航靠GPS，星际导航靠脉冲星。
因为脉冲星在高速旋转的同时会周期性地释放出强烈的射电脉冲信号，所以这个信号非常有规律。每颗脉冲星的信号都不一样，相当于宇宙中的一道亮光。只要有三颗脉冲星，就可以定位一个位置。发现的脉冲星越多，可以定位的空间范围就越大。
星辰指引人类，星际航行需要灯塔。
全天脉冲星分布图
“我们最近发现的第22颗脉冲星距离我们38000光年，”池明熙说。“在腾讯优图云+AI的帮助下，我们正在尝试寻找越来越多的特殊脉冲星样本，比如是否存在脉冲三星或其他恒星，这需要更大范围的搜索。”
今年，“探星计划”一直在向宇宙深处推进——银河系外的仙女座星系。
“仙女座距离我们250万光年。理论上，发现短周期脉冲星的概率太低了。只有当信号特别强时，类似的快速射电暴才更容易被FAST探测到。”池明熙说，仙女座在银河系之外距离地球非常遥远，信号传输经过复杂的宇宙环境。比如星系际介质会延迟高频信号的到达，严重扭曲信号。数据预处理可以在一定程度上进行修改，但它需要更多的计算开销和更复杂的搜索模型。
“但如果能在仙女座星系找到，那将是从0到1的突破，对我们来说意义重大，也是最期待的时刻。”
科幻作品《三体》里有一句话，文明是给岁月的，不是给文明的。
从天文观测来考虑，文明有时充满偶然性。毛利文明发展了非常强大的航海技术，甚至很早就从新西兰渡海到了夏威夷，船只也到达了美洲，但是一直没有形成非常强大的文明，也没有统治过整个南半球。有意思的一点是，没有肉眼可见的“invivo”，所以他们在发明望远镜之前无法精确导航。所以文明的发展被锁定在一个相对狭窄的区域，很难进一步进化成更高级的文明。
人们期待着脉冲星的这次导航能带领人们看到浩瀚的宇宙文明。
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