Maschinenhirn als Planetenjäger: Unsere Sonne ist nicht mehr der einzige bekannte Stern mit acht Planeten. Um den 2.545 Lichtjahre entfernten Stern Kepler-90 kreisen ebenfalls acht Begleiter. Entdeckt wurde der achte Planet dieses Systems nicht durch einen menschlichen Astronomen, sondern durch eine lernfähige künstliche Intelligenz. Sie hat in den Daten des Kepler-Weltraumteleskops die winzigen Lichtschwankungen aufgespürt, die der Planet beim Transit vor seinem Stern verursacht.
Das Kepler-Weltraumteleskop ist der erfolgreichste „Planetenjäger“, den die Astronomie besitzt. Hunderte von Exoplaneten hat dieses Auge im All bereits anhand ihrer Transits aufgespürt – dem schwachen Abdimmen des Lichts, das die Planeten bei der Passage vor ihrem Stern erzeugen. Unter den Kepler-Entdeckungen sind jede Menge Erdzwillinge, vor allem aber hat die schiere Menge der Planetenfunde es den Astronomen erlaubt, erste Gesetzmäßigkeiten – und auch rätselhafte Lücken – im Planetenbestand unserer Galaxie zu identifizieren.
Lernfähiges Maschinenhirn als Fahnder
Die neueste Entdeckung jedoch stammt nicht von einem menschlichen Astronomen – es war eine künstliche Intelligenz. Die enorme Datenmenge, die das Kepler-Teleskop angesammelt hat, brachte den Software Ingenieur Christopher Shallue von Google AI auf die Idee, ein lernfähiges Computerhirn an die Auswertung zu setzen. „Maschinenlernen kann immer dann glänzen, wenn es so viele Daten gibt, dass Menschen sie nicht selbst durchsuchen können“, erklärt Shallue.
Im Falle von Kepler ging es um 35.000 mögliche Transitsignale, die das Teleskop in vier Jahren Fahndung aufgezeichnet hatte. Für die KI-Fahndung trainierten die Forscher ihr lernfähiges neuronales Netzwerk zunächst anhand von 15.000 bestätigten Planetensignalen. An diesen lernte das System, welche Merkmale die Lichtkurve eines echten Planetentransits auszeichnen, bis es in 96 Prozent der Fälle richtig lag.
Suche in fremden Planetensytemen
Dann begann die echte Suche: Die Forscher ließen die KI einen Datensatz von 670 Sternen auswerten, um die bereits Planeten bekannt waren. Ihre Annahme: Wenn diese Sterne schon einen oder mehrere Planeten besitzen, dann ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass sich in ihrem Umkreis noch weitere, bisher unentdeckte Begleiter verstecken.
Und tatsächlich: Die KI wurde in gleich mehreren Fällen fündig. „Natürlich bekamen wir auch viele falschpositive Ergebnisse“, erklärt Andrew Vanderburg von der University of Texas in Austin. „Aber das ist wie beim Sieben von Geröll, um Edelsteine zu finden: Mit einem feineren Sieb findet man mehr Steine, aber auch mehr Edelsteine.“
Ein achter Planet um Kepler-90
Den spannendsten Fund machte das Maschinenhirn um Kepler-90, einen rund 2.545 Lichtjahre von uns entfernt liegenden sonnenähnlichen Stern. In diesem System waren bereits sieben Planeten bekannt – alle sehr eng an ihrem Mutterstern. Jetzt hat die KI einen achten Planeten aufgespürt, der den Stern als dritter von innen umkreist – Kepler-90i benötigt nur 14,4 Tage für einen Umlauf.
Damit ist Kepler-90 das erste bekannte Planetensystem um einen fremden Stern, das ebenso wie unser Sonnensystem acht Planeten besitzt. „Zum ersten Mal seitdem die ersten Planeten unseres eigenen Sonnensystems entdeckt worden sind, wissen wir nun, dass unser Sonnensystem nicht der einzige Rekordhalter mit acht Planeten ist“, sagt Vanderburg.
Miniversion unseres Sonnensystems
Das Achter-System von Kepler-90 hat sowohl Ähnlichkeiten mit unserem eigenen Sonnensystem als auch Unterschiede. So nimmt auch beim fremden Stern die Größe der Planeten nach außen hin zu: Während die sechs innerersten Planeten zwischen der Größe einer Supererde und Neptungröße rangieren, sind die beiden äußeren Planeten große Gasriesen im Jupiterformat.
Anders als beim Sonnensystem liegen alle Planeten aber sehr nah beieinander: „Das Kepler-90 System ist wie eine Mini-Version unseres Sonnensystems“, erklärt Vanderburg. Übertragen auf unser System wurden die Orbits aller acht Planeten noch innerhalb der Umlaufbahn der Erde um die Sonne liegen.
Durch den geringen Abstand zu ihrem Stern sind die inneren Planeten vno Kepler-90 – und auch der neuentdeckte Kepler-90i – nicht sonderlich lebensfreundlich. Auf seiner Oberfläche herrschen wahrscheinlich Temperaturen von mehr als 400 Grad Celsius – ähnlich wie auf der Tagseite des Merkur.
Die Fahndung geht weiter
Neben dem achten Planeten um Kepler-90 hat die KI auch um andere Sternen noch weitere zuvor unentdeckte Planeten aufgespürt. Die Forscher wollen ihr lernfähiges Maschinenhirn als nächstes auf einen noch größeren Datensatz an Kepler-Daten loslassen – diesmal die Lichtkurven von mehr als 150.000 Sternen.
„Wie wir erwartet haben, verbergen sich noch spannende Entdeckungen in unseren archivierten Keplerdaten“, sagt Paul Hertz, Leiter der Abteilung für Astrophysik bei der NASA. „Diese Entdeckung belegt, dass unsere Daten noch auf Jahre hinaus eine wahre Schatztruhe sein werden.“
(NASA Ames, 15.12.2017 – NPO)
