Искусственный интеллект помогает искать жизнь в космосе

Когда Лора Доминье получала докторскую степень по физике в Стэнфордском университете, ее исследования были посвящены нейтрино: элементарным частицам, крошечным даже по меркам физиков, которые для неспециалистов казались выдуманными. 

Нейтрино почти не имеют массы и электрически нейтральны, и поэтому они проходят сквозь материю, как если бы это был воздух. Триллионы так называемых частиц-призраков проносятся сквозь вас прямо сейчас незамеченными, продолжая путешествия, которые начались для многих из них через секунду после Большого взрыва.

Детекторы, созданные для поиска доказательств существования нейтрино, сами по себе являются фантастическими вещами. Эти пещеристые камеры, расположенные глубоко в Земле, они заполнены тяжелой водой или жидким аргоном и выстланы исключительно чувствительными фотодатчиками или сетками из тонкой проволоки. Время от времени, благодаря чему-то, что называется слабым взаимодействием, нейтрино реагирует с субатомной частицей внутри этого чана и становятся обнаруживаемым человеческими приборами. Доминье работала над алгоритмом машинного обучения, который мог бы выявлять эти реакции, помогая физикам продолжать собирать воедино свой портрет нейтрино, а через него знания о том, как работает наша странная Вселенная.

Получив докторскую степень в 2023 году, Доминье не присоединилась к однокурсникам, которые отправлялись на традиционные программы астрофизических исследований, в технологические компании или фирмы алгоритмического финансирования. Вместо этого она получила постдокторскую стипендию в Кембридже, в Гарвардском и Смитсоновском центре астрофизики и его проекте Galileo, который занимается созданием другого типа детектора.

На участке асфальтобетона в лесу в получасе езды от Бостона установлено оборудование проекта Galileo, это акустические датчики, анализатор радиочастотного спектра, счетчик заряженных частиц, метеостанция ​​с магнитометром, а также несколько камер, включая восемь инфракрасных, размещенных в полуметровом куполе, напоминающем голову R2-D2. Эта конструкция направлена ​​в небо, выискивая то, что известно лишь небольшой группе исследователей, занятых изучением неопознанных аномальных явлений, или UAP (Unidentified Anomalous Phenomena). Большинство из нас по старинке называет их НЛО.

Доминье и ее коллеги-исследователи готовы проанализировать все объяснения аномалий, которые они могут обнаружить. И для них это означает быть открытыми к возможности того, что они найдут признаки разумной внеземной жизни — не в какой-то далекой галактике, а в нашем собственном земном воздушном пространстве. Решив применить общепринятую научную строгость к своим нетрадиционным поискам, команда Галилео взяла на себя обязательство просеивать данные со всего неба, 24 часа в сутки. Это то, что они могут сделать только благодаря последним достижениям в области искусственного интеллекта. «Это единственный способ решить эту проблему», — поделилась со СМИ Доминье.

1x-1 (11).jpg

Лора Доминье осматривает на проводку аппарата. Фотограф: Кассандра Клос

Появление таких инструментов совпало с культурным сдвигом, вызванным каскадом раскрытий Министерством обороны США своих собственных исследований в области уфологии. Хотя сообщество уважаемых ученых, охотящихся за инопланетянами, таких как Доминье, все еще невелико, оно больше не исчерпывается маргиналами. Исследовательские программы, похожие на гарвардские, появились в колледже Уэллсли, немецком университете Вюрцбурга и Северном институте теоретической физики, а также в Пентагоне. Эти программы часто ведутся и укомплектованы людьми с первоклассными резюме, такими как у Доминье, но алгоритмы оказываются довольно сильными партнерами. Быстрое совершенствование программного обеспечения ИИ, а также компьютерных серверов и другого оборудования, необходимого для его работы, позволило обрабатывать огромные объемы данных в режиме реального времени из нескольких источников, включая камеры и другие приборы, используемые в полевых условиях. Эти системы развиваются за пределами человеческого образования, обучаясь обнаруживать совершенно новые типы объектов в небе.

Лауреат Нобелевской премии Энрико Ферми кратко изложил загадку внеземной жизни еще в 1950 году. «Где все?» — спросил он. То есть, если Вселенная так огромна и так богата планетами, похожими на Землю, почему мы не нашли доказательств того, что мы не одиноки? С этой целью астрономы используют спектроскопы, чтобы всматриваться в планеты, находящиеся на расстоянии световых лет, оценивая, могут ли их атмосферы содержать те же химические сигнатуры, что и наши, — потенциальное доказательство того, что океаны полны примитивных, похожих на водоросли организмов. В недавней статье утверждается, что есть большая вероятность того, что именно это и было обнаружено.

Однако поиск доказательств того, что инопланетяне отправляют на нашу планету какие-то передовые технологии — нечто совсем иное. Исторически это было вопросом изучения плохого качества фотографий или торжественного кивания в знак свидетельств о гуманоидах с глазами цвета тёрна, купающихся в белом свете. Данный подход долгое время был охвачен мистификациями и открытостью к оккультному мышлению. Однако общественное восприятие уфологии изменилось 16 декабря 2017 года, когда статья в New York Times раскрыла, что Министерство обороны само тайно изучало возможность появления UAP. Онлайн-версия истории включала видеозаписи, снятые с истребителей ВМС США, на которых были видны овальные капли, которые, казалось, летали не поддающимися физике способами. Эти разоблачения, после десятилетий отрицания правительством США своего интереса к этой теме, побудили Конгресс распорядиться, чтобы Министерство обороны и Управление директора национальной разведки совместно подготовили ежегодный публичный отчет, в котором излагалась бы их деятельность в этой области.

Конгресс также поручил Пентагону создать новую, более публичную исследовательскую программу в отношении UAP, All-domain Anomaly Resolution Office (AARO). Шон Киркпатрик, физик-материаловед и давний сотрудник министерства обороны и разведки, был первым директором AARO, и он признает некоторые культурные проблемы в этой сфере. «Если НАСА и научное сообщество говорят о поиске внеземной жизни и пока этот разговор ограничивается дальними уголками галактики и вселенной, то это очень научный спор, — говорит он, - Но по мере того, как такая дискуссия становится все ближе и ближе к Земле, где-то около Марса, она начинает переходить в более конспирологический уклон. Как только вы пересекаете стратосферу, она полностью выходит из-под контроля».

Одержимость Доминье разумной внеземной жизнью восходит к ее детству. Она выросла в небольшой квартире в престижном западном пригороде Парижа. Ее отец, самоучка, IT-консультант, иммигрировал из Вьетнама в подростковом возрасте, а ее мать-француженка, наделенная даром к языкам, работала администратором в отеле в Париже, прежде чем родила Доминье и ее двух братьев и сестру. Доминье в детстве много читала и жадно изучала языки — не только французский и английский, но еще немецкий и японский. Она также изучала суахили. (С тех пор она добавила другие, с разной степенью владения: родной вьетнамский язык ее отца, африканский язык тви, чероки и находящийся под угрозой исчезновения язык эскимосов юпик.) «Я была уверена, что когда-нибудь смогу говорить на большинстве языков, существующих в мире», — вспоминает она. Однако ее не столько интересовало беглое общение, сколько разгадывание схем их синтаксиса. Для нее они были серией головоломок. К тому времени, как она пошла в старшую школу, на два года раньше остальных, она самостоятельно освоила различные языки программирования, а также некоторые разделы физики.

1x-1-_1_ (8).jpg

Доминье изучает полученные данные. Фотограф: Кассандра Клос

Доминье особенно любила книги Жака Валле. Французский астроном известен в Кремниевой долине тем, что провел некоторые из основополагающих исследований, которые привели к созданию Интернета. Однако во всем остальном его известность обусловлена ​​параллельной карьерой исследователя наблюдений НЛО по всему миру. Уфолог, которого играет Франсуа Трюффо в «Близких контактах третьей степени», списан именно с него. Доминье поглощала книги Валле о его расследованиях, а также «Паспорт в Магонию: от фольклора к летающим тарелкам», в котором он исследует, как рассказы о современных внеземных контактах отражают сверхъестественные элементы фольклора и мифологии. Родители Доминье разделяли ее глубокий энтузиазм по поводу этой темы. Ее отец настроил семейный компьютер для участия в SETI@home — глобальном краудсорсинговом вычислительном проекте по анализу данных радиотелескопа, находящегося в поисках сообщений из дальнего космоса.

Доминье убедилась, что вопросы, которые задает Валле, представляют собой «самую большую зияющую дыру в нашем понимании реальности» и что изучение астрофизики — лучший способ их разрешения. Но по мере того, как она училась в престижной Политехнической школе Франции, а затем в аспирантуре Стэнфорда, где она сосредоточилась на физике элементарных частиц, ей было трудно найти способ применить свои растущие знания в этой области.

1x-1-_7_ (4).jpg

Лёб в своем офисе. Фотограф: Кассандра Клос

В начале 2022 года Доминье оставался год до получения докторской степени, после чего она планировала покинуть академическую сферу; она думала о работе в стартапе, занимающемся изменением климата, или о разработке инструментов ИИ для сохранения исчезающих языков, или о том, чтобы взять год отпуска, чтобы стать мастером по обработке древесины. Однако в апреле того же года она прочитала статью о проекте «Галилео» и его основателе Ави Лёбе. Лёб, астрофизик-теоретик, профессор Гарварда и бывший заведующий кафедрой астрономии университета, сделал себе имя смелыми идеями о черных дырах, Большом взрыве и рождении звезд. Однако сегодня его карьера находится на втором этапе. В 2018 году Лёб и его младший научный сотрудник опубликовали статью, в которой предположили, что «Оумуамуа — необычной формы космический объект, траектория которого проходит через нашу Солнечную систему, озадачивший астрономов — на самом деле может быть инопланетным космическим зондом». Эта провокационная гипотеза, которую Лёб развил в своей бестселлере «Инопланетяне: первый признак разумной жизни за пределами Земли», сделала его знаменитостью и привела к беседам с группой богатых людей, разделявших его интересы. На их деньги он основал проект «Галилео» в 2021 году. 

В 2023 году Лёб возглавил экспедицию по прочесыванию морского дна около Папуа — Новой Гвинеи в поисках того, что, как он публично предположил, могло быть остатками другого космического зонда, сгоревшего в атмосфере. Он взял с собой съемочную группу и документировал свой прогресс в серии ежедневных постов на Medium и интервью для СМИ. «Вселенная — очень необычное место, — говорит он в интервью у себя дома в Лексингтоне, штат Массачусетс, — Нельзя быть столь догматичным, когда большая часть того, что вы обсуждаете, непонятна». 

Лёб — глубоко противоречивая фигура для своих коллег-астрофизиков, которые утверждают, что его стремление публично выдвигать гипотезы о внеземных технологиях сочетается с отказом рассматривать менее яркие объяснения различных рассматриваемых явлений (например, комет или обычных метеороидов). Но концепция проекта «Галилео» как места, где есть ресурсы и деньги для серьезных исследований UAP, воодушевила Доминье, когда она прочитала о нем. Ее особенно заинтриговала концепция обсерватории. Не обязательно верить в инопланетные космические зонды, чтобы увидеть ее ценность: найти что-то было бы необычайно, но и не найти ничего тоже было бы прояснением. Так работает наука. Доминье немедленно подала заявку на должность постдокторанта. Через полторы недели Лёб позвонил и предложил ей работу.

1x-1-_3_ (6).jpg

Детские представления об инопланетянах, размещенные в офисе Лёба. Фотограф: Кассандра Клос

Когда она приехала в Кембридж в апреле 2023 года, Доминье познакомилась с Ричардом Клоэте, первым постдокторантом, которого Лёб нанял для проекта. С тех пор они тесно сотрудничают. Как и Доминье, Клоэте — первый в своей семье, кто получил высшее образование, хотя его путь был более извилистым. Сын управляющего супермаркетом и бухгалтера, он вырос в Южной Африке в разных пригородах Кейптауна и провел детство, изготавливая радиоприемники, катушки Теслы, плазменные шары, микроволновые пушки и другие электронные гаджеты. Он переехал в Англию в 2004 году, когда ему было 20 лет, и пять лет работал барменом, прежде чем поступить в Вестминстерский университет, где изучал информатику и инженерию. Получить докторскую степень его убедила только его нынешняя жена, которая сама является ученым. До Галилея он занимал должность постдокторанта по науке о данных в Кембриджском университете.

1x-1-_4_ (5).jpg

Клоэте занимается «переписюь небес». Фотограф: Кассандра Клос

Клоэте также имеет давнюю страсть к инопланетянам, хотя и смешанной с презрением к тому, что выдается за исследования в этой области. «Столько чепухи, — говорит он, — Каждый раз, когда появляется какая-то новая информация, вы тут же понимаете, что это чушь и кто-то пытается заработать денег».

Даже благонамеренные исследования UAP — это работв с небольшим объемом данных. Уфологи, такие как Валле, скорее детективы, чем ученые, изучающие отрывочные отчеты очевидцев, которые сами часто озадачены тем, что они видели. Обсерватория проекта Галилео призвана исправить это, радикально увеличив объем данных о потенциальных UAP и установив научную базу для их изучения. Инструменты обсерватории собирают информацию с неба круглосуточно, но большую часть времени — как в детекторе нейтрино — там ничего интересного не происходит. План состоит в том, чтобы программное обеспечение выполняло обременительную работу по отфильтровыванию всех легко идентифицируемых воздушных явлений и фокусировалось на аномалиях, отправляя их для дальнейшего анализа членами проекта Галилео и общественностью.

Доминье и Клоэте используют программы компьютерного зрения с открытым исходным кодом, подобные тем, что используются в беспилотных автомобилях. Но проект Галилео представляет определенные трудности. Традиционный подход к машинному обучению заключается в том, чтобы научить компьютер распознавать кошку, показывая ему множество кошек. Но в отличие от кошки, UAP не определяется определенными чертами; он может оказаться чем-то, чего никто никогда не видел. «Мы не знаем, что ищем», — говорит Клоэте. «Мы ничего не знаем о его движениях. В этом и заключается весь смысл проекта — определить, что такое UAP».

В результате Доминье, Клоэте и остальная часть их команды (трое других штатных сотрудников обсерватории, плюс около дюжины постоянных волонтеров) обучают свое программное обеспечение распознавать все обычные вещи в небе, чтобы лучше распознавать, когда оно видит что-то странное. По сути, их программные модели узнают, что такое кошка, изучая все то, чем она не является. С этой целью Клоэте возглавляет усилия по созданию огромных баз данных реальных и сгенерированных компьютером изображений всех известных воздушных объектов: «перепись неба», как он это называет.

В основе коллекции лежат аэрофотоснимки, уже сделанные обсерваторией. В дополнение к этому Клоэте использует программу анимации с открытым исходным кодом Blender (программное обеспечение, лежащее в основе удостоенного премии «Оскар» анимационного фильма «Поток») для создания сотен тысяч синтетических изображений самолетов, птиц, дронов, воздушных шаров, дирижаблей и других объектов. Например, для самолетов или птиц это означало разные модели и разные виды на разных высотах в разных ориентациях и «морфологиях»: самолет с поднятым и опущенным шасси, птица в разных точках взмаха крыла. Клоэте собрал все изображения в сюрреалистические, переполненные небесные пейзажи, чтобы загрузить их в модель компьютерного зрения. Тренировки проходили блоками по 12–24 часа на вычислительном кластере Cannon в Гарварде, наборе сотен сетевых серверов и графических процессоров с поддержкой ИИ, распределенных по трем центрам обработки данных в этом районе.

Несмотря на мощь имеющихся в их распоряжении технологий, это может стать довольно медленной работой. Но команде «Галилео» повезло с количеством волонтеров. Анкит Бисвас — ученик выпускного класса из Северной Каролины, который неожиданно связался с Лёбом в марте прошлого года. «Я никогда не знал, что в этом направлении ведутся серьезные исследования, — говорит он, - Я всегда ассоциировал это с этой маргинальной субкультурой. Думал это сфера, где наука смешивается с этими псевдонаучными спекуляциями». Для Бисваса, который выиграл все государственные научные ярмарки, которые он мог найти, проект был отдушиной, соразмерной его способностям и уровню энергии. Его роль в команде заключалась в обработке данных о местоположении с транспондеров самолета для перекрестной ссылки с камерами обсерватории. Он работал над этим по ночам и по выходным, когда позволяла его учеба.

1x-1-_5_ (4).jpg

УФ-камера Галилео. Фотограф: Кассандра Клос

В целом, самолеты были одним из самых простых объектов для обучения программного обеспечения распознаванию из-за регулярности их скорости, траекторий и поворотов, а также данных транспондера, с которыми работал Бисвас. С другой стороны, птицы сложны, а насекомые — быстры, непредсказуемые летуны, часто находящиеся близко к объективу камеры — это «сущий кошмар», говорит Клоэте. Программное обеспечение для обнаружения объектов, которое использует его команда, называется You Only Look Once, или YOLO, также имеет проблемы с облаками, пылью, трепещущими листьями у горизонта и бликами от солнца, которые YOLO иногда принимает за летающие объекты, на которых оно должно фокусироваться. (Наше собственное визуальное восприятие может быть подвержено тем же ошибкам, конечно, что объясняет некоторые аномалии, о которых сообщали наблюдатели-люди на протяжении многих лет.)

Цель состоит в том, чтобы разработать аналогичное программное обеспечение для всех инструментов, а затем синхронизировать их, чтобы вся обсерватория реагировала в реальном времени на то, что она чувствует. Это означало бы, что когда один из датчиков — камера всего неба или инфракрасная решетка или, возможно, микрофон — улавливает что-то интересное, специальная зум-камера поворачивается к этому участку неба, а остальная часть обсерватории начинает сохранять данные, которые она записывает. (Сохранение всех данных быстро переполнило бы емкость хранилища команды.) Система непрерывно собирает данные с 2023 года, но она остается на так называемой стадии ввода в эксплуатацию, где Клоэте, Доминье и другие работают над тем, чтобы создаваемые ими программные модели могли выполнять базовую, но важную работу по отделению сигнала от шума.

1x-1-_6_ (5).jpg

Часть радиочастотного анализатора на обсерватории проекта Галилео. Фотограф: Кассандра Клос

В январе Доминье опубликовала статью, написанную в соавторстве с Клоэте, Лоэбом, Бисвасом и другими, о данных с массива инфракрасных камер обсерватории. Программное обеспечение YOLO смогло идентифицировать 36% плоскостей, зафиксированных камерами. «По стандартам моей докторской работы по нейтрино это не очень хорошо», — признает Доминье, но она ожидает значительного улучшения. «Это демонстрация уровня строгости, которого мы хотим придерживаться в наших исследованиях UAP, — говорит Домине, — и уровня, которого мы ожидаем от наших коллег». Она прогнозирует, что обсерватория Галилео должна быть способна надежно обнаруживать выбросы, поступающие со всех ее датчиков, в течение следующего года или двух. Еще три обсерватории находятся в разработке в Индиане, Неваде и Пенсильвании.

Пентагон внимательно следит за работой Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики. На данный момент AARO изучила более 1800 зарегистрированных наблюдений UAP, большинство из которых были получены от военнослужащих. Сравнивая информацию о наблюдениях с другими источниками данных в правительстве, такими как записи погоды и полетов, ее исследователи определили, что сотни случаев имеют простые объяснения — воздушные шары, облака, беспилотники и т. д.

Нынешний директор AARO Джон Кослоски — математик и инженер, присланный в офис из Агентства национальной безопасности, где ранее он руководил исследовательскими группами по квантовой оптике и тайным аспектам криптографии. Он пришел к работе не столько из-за интереса к инопланетянам, сколько из-за более широкого увлечения поисками иголок в стогу сена; среди его несекретных исследований есть работа по разработке «языково-независимой» поисковой системы. Кослоски говорит, что небольшое количество случаев, которые исследовала его команда, около 50-60, являются «истинными аномалиями», которые поставили в тупик правительственных ученых и инженеров, с которыми работает AARO. «Есть интересные случаи, которые я, с моим физическим и инженерным образованием и временем, проведенным в разведывательном сообществе, не понимаю», — сказал Кослоски репортерам в ноябре прошлого года, «и я не знаю никого, кто бы их понимал».

1x-1-_7_ (4).jpg

Джон Кослоски. Фотограф: Лексей Сволл

Информация об этих случаях не была раскрыта, но Кослоски говорит, что цель его офиса — в конечном итоге рассекретить как можно больше информации о них. Как он тщательно подчеркивает, термин UAP ни в коем случае не является просто сокращением для инопланетного космического корабля. Для Пентагона, в частности, более насущной проблемой является то, что один из наших конкурентов мог тайно разработать технологию, намного более продвинутую, чем наша.

«ИИ — единственный способ решить эту проблему»

Опубликованные случаи выявили непригодность военной сенсорной технологии для целей AARO. Знаменитые кадры с самолета ВМС были сняты инфракрасными камерами наведения самолетов. «Все эти военные датчики предназначены для обнаружения и отслеживания крупных, быстро движущихся объектов, таких как ракеты, самолеты и корабли, чтобы они могли направить на них оружие», — говорит Киркпатрик, предшественник Кослоски. Они не предназначены для научных наблюдений. Это, а также секретность их спецификаций, делает практически невозможным выполнение работы по вводу их в эксплуатацию, которую выполняют Клоэте и Доминье. Кроме того, Киркпатрик отмечает, что у военных датчиков есть важные функции, которые Пентагон не хотел бы ставить под угрозу: «Вы не можете перепрофилировать радары противоракетной обороны для преследования беспилотников, потому что тогда они не будут выполнять противоракетную оборону».

Чтобы решить эту проблему, AARO сотрудничала с исследователями из Georgia Tech Research Institute, чтобы разработать собственный набор датчиков и программного обеспечения под названием Gremlin, для Government Radar Multispectral Interrogator (Государственный радарный многоспектральный интегратор). Большая часть деталей проекта остается секретной, но ограниченная информация, которая была опубликована, показывает, что система состоит из оборудования, очень похожего на обсерваторию Гарварда: радар, радиоантенны и телескопы, собирающие визуальные и инфракрасные изображения и электромагнитное излучение. Кослоски говорит только, что Gremlin установлен на объекте национальной безопасности в пределах границ США, где было несколько наблюдений UAP.

Как и команда Гарварда, AARO разрабатывает специальное программное обеспечение для машинного обучения для обнаружения UAP. И хотя Кослоски предполагает, что они продвинулись дальше в этом процессе, но столкнулись с похожими проблемами. Засекреченное место, где тестируются датчики, относительно свободно от случайных объектов, говорит Кослоски. Несмотря на это, в предыдущих тестах алгоритм компьютерного зрения AARO, похоже, был сбит с толку кузнечиками.

Усилия Пентагона находятся в зачаточном состоянии и могут не просуществовать достаточно долго, чтобы ответить на какой-либо из главных вопросов. Кослоски в интервью в Пентагоне сказал, что не видел никаких доказательств того, что его программа будет затронута резкими сокращениями, которые администрация Дональда Трампа начала несколько хаотично вводить — будучи кандидатом, Трамп обещал большую прозрачность правительства в этом вопросе.