Bagaimana AI akan mengubah astronomi?

Penulis: Yi Zhenping

**Sumber:**Observatorium Astronomi Nasional Akademi Ilmu Pengetahuan China

Hal-hal bercampur, lahir secara bawaan. Kesepian! Kemandirian tidak berubah, Zhou Xun tidak binasa. -- "Tao Te Ching"

Gambar 1. Menatap alam semesta (dihasilkan oleh alat AI Unbounded)

Sejak zaman kuno, manusia memiliki fantasi tanpa akhir tentang langit berbintang yang luas, dan terus-menerus melakukan perjalanan penjelajahan. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, manusia telah mempercepat laju penjelajahan alam semesta. Dengan menggunakan peralatan dan teknologi canggih, para astronom telah mengungkap fenomena menakjubkan seperti gelombang gravitasi, lubang hitam, materi gelap, dan energi gelap, yang telah sangat meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta.

Sejak 2011, teknologi kecerdasan buatan (AI) telah mengalami perkembangan pesat, berhasil menjembatani kesenjangan teknis antara sains dan aplikasi, dan mencapai terobosan besar dalam klasifikasi gambar, pengenalan suara, menjawab pertanyaan pengetahuan, mengemudi tanpa pengemudi, dll. Terobosan tersebut telah memasuki periode pembangunan yang giat. Di bidang astronomi, penerapan AI juga semakin cepat dari tahun ke tahun. Dengan menghitung makalah tentang arXiv yang melibatkan AI dalam penelitian astronomi, ditemukan bahwa jumlah makalah telah meningkat dari 46 pada tahun 2013 menjadi 2.328 pada tahun 2022, meningkat 50 kali lipat dalam sepuluh tahun.

Gambar 2. Jumlah artikel AI yang diterbitkan tentang fisika arxiv dalam sepuluh tahun terakhir (hasil statistik dari search machine learning, deep learning, atau kata kunci jaringan saraf dalam judul)

Astronomi telah memasuki era multi-band, sampel besar, dan konten informasi tinggi, dan jumlah data yang dihasilkan oleh teleskop dan instrumen pengamatan lainnya telah menjadi "sosok astronomi" yang sesungguhnya. Teknologi AI semakin banyak digunakan dalam astronomi, algoritmenya telah berevolusi dari pembelajaran mesin tradisional menjadi pembelajaran mendalam, dan tugas analisisnya berkisar dari yang sederhana hingga yang kompleks. Dengan perbaikan berkelanjutan dari struktur jaringan saraf, kemampuan model AI dalam ekstraksi fitur dan representasi telah ditingkatkan secara signifikan. Kami sekarang dapat secara langsung mengidentifikasi objek yang sangat redup seperti galaksi low-face brightness (ditunjukkan pada Gambar 3) dan kurcaci L (ditunjukkan pada Gambar 4) dari gambar fotometrik. Objek-objek ini adalah beberapa galaksi dan bintang paling redup yang dapat dilihat dalam gambar cahaya tampak.

Gambar 3. Gunakan AI untuk mencari galaksi dengan kecerahan rendah menyamping (Sumber: Xing Yongguang, Yi Zhenping, Universitas Shandong)

Gambar 4. Menggunakan AI untuk mencari L dwarf (Sumber: Cao Zhi, Yi Zhenping, Universitas Shandong)

Kelahiran ChatGPT menandai terobosan besar dalam AI dan dianggap sebagai tonggak sejarah dalam memicu babak baru revolusi AI. ChatGPT adalah hasil kombinasi dari big model dan big data. Di bidang astronomi, sejumlah besar data observasi telah terkumpul, dengan dukungan algoritme dan daya komputasi, astronomi juga akan memasuki era revolusi AI yang kemungkinan akan membawa perubahan subversif.

Model analisis data besar yang mapan dapat mengekstraksi informasi yang lebih kaya dan lebih akurat dari data besar astronomi. Misalnya, dapat secara otomatis mendeteksi dan mengklasifikasikan berbagai benda langit langsung dari gambar, menggabungkan data secara otomatis dari beberapa band, memberikan parameter atribut benda langit yang andal, dan secara otomatis menghasilkan grafik statistik.

Gambar 5 menunjukkan kerangka kerja untuk tugas pembuatan teks gambar, yang terdiri dari jaringan saraf convolutional (CNN) dan jaringan saraf berulang (RNN). Model dapat mengidentifikasi objek dalam gambar dan mendeskripsikan konten gambar dengan kata-kata, yaitu melalui model AI, komputer memiliki kemampuan untuk "melihat gambar dan berbicara". Tugas semacam ini melibatkan dua mode informasi yang berbeda dari gambar dan teks deskripsi.Bagaimana membuat model AI memanfaatkan sepenuhnya informasi multi-modal dan berinteraksi juga menjadi tren penelitian di masa depan.

Gambar 5. Kerangka tugas deskripsi gambar

Dengan bantuan deskripsi gambar dan teknologi lainnya, gambar astronomi dapat dianalisis secara otomatis, dan hasil umpan balik dapat diberikan dengan cara langsung dan ramah seperti teks, gambar, dan suara. Gambar 6 menunjukkan diagram skematik untuk menganalisis gambar secara otomatis dari Dark Energy Camera Heritage Sky Survey dan menghasilkan umpan balik teks.

Gambar 6. Gunakan model besar AI untuk secara otomatis mengidentifikasi benda langit dalam gambar astronomi, dan menghasilkan deskripsi teks dan katalog bintang. (Sumber: Bi Mingxuan, Universitas Shandong)

AI juga akan membantu mempercepat penemuan fenomena baru dan hukum baru. Dengan menggunakan algoritme AI, diharapkan dapat mengidentifikasi tren dan korelasi yang tersembunyi dalam data besar astronomi secara efisien. Misalnya, penggunaan algoritme AI dapat dengan cepat mengidentifikasi sinyal lemah terkait eksoplanet, sehingga dapat menemukan peradaban cerdas yang mirip dengan peradaban Bumi.Inilah potensi keberadaan di Bima Sakti yang dihitung menurut persamaan Drake. Penemuan semacam itu akan memberi kita petunjuk penting untuk mengungkap misteri alam semesta kita.

Gambar 7. Persamaan Drake digunakan untuk memperkirakan peradaban alien mirip Bumi di Bima Sakti

Selain itu, AI juga akan banyak digunakan dalam observasi teleskop otomatis, yang dapat mengidentifikasi objek langit yang menarik di teleskop secara real time dan membantu menentukan prioritas untuk observasi lebih lanjut. Otomatisasi ini memungkinkan para astronom memantau langit secara efisien dan merespons peristiwa sementara dengan cepat.

Kami berharap dapat membuat model AI astronomi yang lebih pintar dari ChatGPT dalam waktu dekat, sehingga membebaskan para astronom dari tugas pemrosesan data yang membosankan dan memungkinkan mereka untuk lebih fokus pada penelitian ilmiah. Saat itu, hal pertama yang dilakukan para astronom setelah berangkat kerja setiap hari mungkin minum kopi sambil mendengarkan laporan pekerjaan asisten AI, dan mendapatkan hasil analisis asisten AI ke segala arah melalui suara, gambar atau video.

Mari kita nantikan era yang indah ini bersama-sama!

Gambar 8. Diagram skematik asisten AI masa depan (Sumber: Internet)

tentang Penulis

Yi Zhenping, profesor asosiasi Universitas Shandong, pengawas master, kepala tim data besar astronomi Universitas Shandong. Berkomitmen pada penelitian interdisipliner astronomi dan ilmu komputer, menerapkan algoritme AI untuk meningkatkan kemampuan analisis otomatis dan cerdas dari data astronomi.