通过计算机与神经网络分析太阳系的历史

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#111723#数千年来，月球始终惹人遥想，但对于它以及太阳系的汗青，仍无数不清的成绩悬而未决。有些谜底就存在于月球名义坑坑洼洼的陨石坑中。通过深度进修，迷信家可能比以往更明白地看到这些陨石坑。

多伦多大学行星迷信核心的博士后研讨员、天体物理学家Mohamad Ali-Dib表现，能够将陨石坑研讨看做“太阳系考古学”。
因为缺少大气和地质运动，月球、水星和火星等天体的地形特点会在一段时光内坚持绝对稳定。对于诸如斯类天体中无氛围情况的摸索，研讨陨石坑是一种特殊有效的方式。
细心视察这些陨石坑，就能发明有关陨石坑汗青和太阳系演变的主要线索。但到现在为止，陨石坑是通过卫星图象或卫星测高数据的方法停止人工计数和丈量的。
“研讨生全天的任务是捕捉水星、月球或火星的图象，而后手动去数每个陨石坑。这是一项极为辛劳的任务。” Ali-Dib说道。
他指出，人工计数存在一些成绩。这将须要“一大量研讨生和本科生”来实现这项沉重而艰难的任务。这类方法是出缺陷的，由于每个助理研讨员辨认陨石坑的尺度可能差别，并且当他们疲惫的时间正确率也会降落。
因而，Ali-Dib和多伦多大学的共事Ari Silburt以及其余组员，独特研收回了一个神经收集，能够在几个小时内辨认出数千个之前未被发明的月球陨石坑。
聚焦月球
陨石坑的外形巨细纷歧，有的大到足以容下一个州，而有的小到直径只有几米。对于火星上陨石坑数目的估量众说纷纷，从30万到63.5万余个不等，而月球上则无数百万个。
迷信家们最感兴致的是盘算出差别巨细陨石坑的散布情形，即盘算出名义上有几多指定半径的陨石坑。依据散布情形，他们能够懂得形成陨石坑的撞击物的巨细和数目，这也恰是天体物理学家能够将其与太阳系碰撞实践相干联的信息。
此中一个实践是：巨行星不稳固。一些迷信家揣测，在太阳系的初期，像木星和土星如许的气态巨行星的轨道在一段时光内曾变得凌乱无序。依据此实践，轨道凌乱会将小行星抛向全部太阳系，从而致使剧烈的碰撞。如许的天体活动就会在像月球如许的情况中留下陈迹，即巨细纷歧的陨石坑散布。
通过盘算机记载月球陨石坑，迷信家们能够更好地懂得月球陨石坑的巨细及其散布情形。这反过去又为他们供给了更多的数据，从而证明太阳系汗青的实践。
研讨职员在SciNet HPC Consortium 的P8超等盘算机上应用NVIDIA Tesla P100 GPU停止练习和推理。
在对月球图象停止剖析时，研讨职员的卷积神经收集在发明已肯定的陨石坑方面的正确率到达了92%。除此以外，深度进修模子在短短几小时内就发明了6000个新的陨石坑。这几近是人们在数十年的研讨进程中手动辨认数目的两倍。
Ali-Dib指出，此中大部份是研讨小组盼望通过神经收集捕捉的较小陨石坑。这些渺小的陨石坑是现无数据会合缺乏的部份，由于它们太小太多，没法破费昂贵的人工时光来记载。

左图：测试数据中的月球样图。中图：研讨职员的神经收集胜利辨认出之前人工编码的陨石坑（蓝色）和数以千计的新陨石坑（白色）。右图：人工编码的空中实况数据，用于评价神经收集。蓝色圆圈表现与研讨职员的方式婚配胜利的陨石坑，而紫色圆圈则表现神经收集漏掉的陨石坑。
近观月球以及其余星体
除了能够更具体地懂得月球外，还能够通过相似的卫星数据懂得水星和火星。将来可能还将研讨其余无氛围天体（如小行星、彗星和一些巨行星）的卫星数据。
研讨职员曾经应用一种叫做迁徙进修（transfer learning）的技巧视察水星的陨石坑：他们应用其采取月球数据练习的神经收集来剖析水星的图象。
另外，研讨小组还在研讨陨石坑深度等其余特点。迷信家感兴致的另一个参数是陨石坑的年纪。但Ali-Dib表现，要弄明白这一点，仅靠卫星数据远远不敷，还“须要真正的陨石”。
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