Машинное обучение ускорит поиск внеземного разума

Область SETI, или поиск внеземного разума, ускоряется до новых высот благодаря разработкам в области машинного обучения. В работе, опубликованной на прошлой неделе в журнале Nature Astronomy, группа исследователей под руководством Питера Ма из Университета Торонто поделилась методом машинного обучения, позволяющим копаться в данных проекта Breakthrough Listen для выявления сигналов, которые могут быть потенциальными техносигнатурами - то есть технологическими признакам, указывающими на наличие разумной инопланетной цивилизации. 

Есть ли там кто-то еще?

"Я думаю, что это очень важный вопрос, который мы, человечество, должны задать себе: есть ли там кто-то еще?" - сказал Ма в интервью.

Поскольку человечество становится все более искусным в наблюдении за Вселенной и изучении ее истории, вопрос о том, одиноки ли мы, как никогда актуален. Если за пределами Земли есть жизнь, как мы можем ее найти? Почему с нами до сих пор не связались? И что нужно сделать, чтобы установить связь с инопланетной цивилизацией?

Исследования Ма сосредоточены на определенной части электромагнитного спектра, называемой узкополосным радио. Хотя всевозможные объекты во Вселенной испускают излучение в широком диапазоне частот, радиочастоты особенно эффективны для передачи сигналов. И когда мы, люди, общаемся с помощью радиоволн, мы используем узкий диапазон, потому что это более эффективно. 

Исследователи SETI предполагают, что инопланетные цивилизации, если они существуют, будут делать то же самое. "С точки зрения технологии, для любой разумной цивилизации, которая также пытается передавать информацию с помощью электромагнитного излучения, например, с помощью радио, имеет смысл передавать ее в узком диапазоне", - пояснил Ма.

Почему с нами до сих пор не связались?

Сущеcтвует определенный участок радиодиапазона, примерно в диапазоне 1420 МГц, который интересует исследователей SETI. Известный как водородная линия, он важен для астрономов, потому что это частота, на которой нейтральный водород испускает излучение, поэтому он является ключевым для изучения всевозможных астрономических объектов. 

Исследователи считают, что любая инопланетная цивилизация, интересующаяся звездами, скорее всего, тоже будет смотреть на эту полосу, что делает ее так называемым "галактическим водопоем". Если бы цивилизация пыталась общаться через космос, то это лучшая идея, которую мы имеем для частоты, которую они бы использовали для этого. 

Этот подход был основой для многих исследований SETI в предыдущие годы: прочесывание данных в поисках сигналов в этом диапазоне часто с помощью алгоритма, называемого turboSETI. Этот алгоритм просматривает графики зависимости времени от частоты и ищет прямые линии, которые указывают на наличие сигнала. Это эффективный способ поиска в массивах данных, но и у него есть проблемы, не последняя из которых - отсеивание ложных положительных результатов, вызванных помехами с Земли.

Новый метод использует другой подход. Вместо того чтобы искать эти прямые линии, исследователи ввели исходные наблюдения, а затем смоделировали интересующий их тип сигналов и обучили свой алгоритм распознавать эти сигналы. 

Это позволяет применять более гибкий подход к распознаванию сигналов, улавливая аномалии в узкой полосе, которые мелькают то в одном, то в другом месте, даже если они не имеют простой формы линии, которую отметил бы традиционный алгоритм. Это более обобщенный подход, допускающий возможность появления таких типов сигналов, которые не могут быть предсказаны инженерами на Земле.

Это также делает подход более быстрым и эффективным. "Изначально люди брали классические алгоритмы и добавляли подход машинного обучения где-то на стадии разработки", - сказал Ма. Теперь, с развитием машинного обучения, весь конвейер может быть основан на машинном обучении. 

SETI - это игра чисел

Это важно, поскольку SETI - это, по сути, игра чисел: задача состоит в том, чтобы получить достаточно данных с достаточного количества телескопов, чтобы увеличить шансы на обнаружение. Обработка всех этих данных для поиска иголки в стоге космического сена требует все более эффективных методов.

Более широкая область SETI является необычным предприятием, поскольку исследователи могут посвятить всю свою карьеру поиску чего-то, что может быть или не быть там. Новые инструменты, такие как мощные массивы телескопов и методы машинного обучения, могут помочь сделать поиск более точным и четким. "Никогда в истории не было лучшего времени, чтобы заниматься SETI", - сказал Ма. Но даже если жизнь существует за пределами нашей планеты, у нас может не быть шанса обнаружить ее.

С другой стороны, существует манящая возможность, что человечество может обнаружить интригующий сигнал завтра или даже, что доказательства существования инопланетной цивилизации уже существуют в массивах данных, собранных за десятилетия прослушивания космоса. 

Эта перспектива удовлетворить свое любопытство заставляет исследователей SETI продолжать свою долгую охоту. "Кто знает. Может быть, на каком-нибудь жестком диске в подвале сейчас сидит революционный сигнал", - говорит Ма. "Кто-то же должен искать, верно?".