这款网游不简单:发论文,上封面,还想找个新地球

中国城市文化网 2019-06-17

「较为优质的一部分人类,十有八九永远不会灭亡。当太阳走向灭亡的时候,他们会从一个太阳系迁移到另一个太阳系。以人类的智慧和完美,生命没有止境,它的进程永久不断。」

撰文 | 白书旭

编辑 | 金庄维


提起网络游戏,你想到了什么?

曾经风靡世界、至今仍有大量拥趸和巨大影响力的《魔兽世界》?

在当代电子竞技中有自己坚固的一席之地的《Dota》和《英雄联盟》?

还是这两年十分流行的“吃鸡”游戏?

又或者,你会联想到网络游戏成瘾对青少年,甚至成年人正常学习、工作、生活产生的负面影响。


不过,除了研究成瘾机制的科研人员,恐怕很少会有人把“网络游戏”和“科学研究”联系在一起。今天我们要介绍一个非常特殊的网络游戏,它也许从未风靡全球,但一直在玩家群体中以“难入门”、 “硬核”、“烧钱”著称;它是中国和冰岛的外交合作项目,也是最为长寿的网络游戏之一。它叫《星战前夜(Eve Online)》。最近几年,它更是紧跟时代潮流,第一次在网络游戏这样的大型社区中,引入了需要大量普通人参与的公众科学项目


太空歌剧

Eve Online是一个以太空为背景的角色扮演游戏,由冰岛的CCP(Crowd Control Productions)游戏公司制作并于2003年发行,游戏至今仍有大量玩家活跃。


这个游戏设定在包含超过7800个星系的遥远星云(虚构),玩家可以进行采矿、科研、制造、贸易等游戏活动。游戏中包含上百种设计风格和特点迥异的星舰、真实尺寸的星系和天体、玩家建立并控制的庞大星际联盟,吸引许多科幻爱好者参与到这个由玩家亲自谱写的太空歌剧中来


Eve Online的游戏界面(图片由作者提供)


这一游戏自2003年发布以来,获得了玩家的无数好评和游戏界颁布的诸多奖项,它的国服更是成为了中国与冰岛的外交项目,深受冰岛政府重视。


而在2016年,CCP游戏公司似乎已经不满足于创造一个鲜活的、持续发展的虚拟科幻宇宙了,他们与瑞典的人类蛋白质图谱计划(Human Protein Atlas)、冰岛的雷克雅未克大学(Reykjavík University)以及瑞士的MMOS公司(Massively Multiplayer Online Science)合作,在这一迄今为止最大规模的太空科幻沙盒网游中,引入了一个公众科学项目(Citizen Science Project)——“探索计划(Project Discovery)”。


发论文、上封面

公众科学项目是一类特殊的科研项目,科学家们通过一些方法将专业的科研内容分解、包装,使得非专业的普通人也能参与到科研项目中,并做出贡献。这样的计划一般利用普通的技能或生活中常见的资源,以庞大的参与人员基数来促使科学目的最终实现。一个典型的例子便是加州大学伯克利分校的研究者发起的SETI@home计划,集众人之力,在浩瀚宇宙中寻找外星文明。


那么“探索计划”呢?第一期探索计划由瑞典的HPA于2016年发起,内容是让玩家帮助分析细胞图谱(Cell Atlas)中的数据。


玩家将看到人体细胞进行荧光绿染色后的显微照片,然后对照片里的细胞结构和蛋白质分布进行分类。在一年多的时间里,共有超过32万名玩家分类了超过3300万个样本,最终甚至发现了一些科研界之前从未注意到的细胞结构分布模式。


第一期探索计划结束以后,科学家们结合玩家们给出的结果和深度学习方法,发展出了一个更强大的学习算法,用于分类细胞结构和蛋白质的分布模式。相关结果发表于2018年9月的《自然•生物技术》,还光荣登上了杂志封面。


探索计划第一期的“小游戏”界面(图源:arstechnica.com)


系外行星大搜索

在第一期探索计划结束并取得了良好的反响之后,CCP与雷克雅未克大学、MMOS公司和日内瓦大学(University of Geneva)合作,于2017年7月开启了探索计划的第二期。


第二期的探索计划要求玩家帮助分析CoRoT卫星记录的数据。CoRoT全称为Convection, Rotation et Transits planétaires(法语)或Convection, Rotation and planetary Transits(英语),意思是对流、自转与行星掩蚀。该卫星由法国国家太空研究中心和欧洲空间局于2006年12月发射,2014年6月停止工作。它的科学任务包括两项:搜寻短周期的类地系外行星,以及研究遥远恒星的类太阳震动与星震学。


CoRoT卫星概念图(图源:esa.int)


探索计划的第二期就与太阳系外行星搜索有关。所谓的太阳系外行星(extrasolar planets或exoplanets,简称系外行星),指的是环绕着一颗(或多颗)不是太阳的恒星公转的行星,或者穿行于黑暗太空的流浪行星。目前探测系外行星的方法有不少,包括径向速度法(radial velocity)、掩蚀法(transiting method)、引力微透镜法(microlensing)、直接成像法(direct imaging)等。


有趣的是,探索计划第二期的首席科学家,瑞士天文学家Michel G. E. Mayor,带领他的团队于1995年发现了飞马座51b。这是第一次在类似太阳的主序星周围,利用径向速度法发现系外行星。这颗巨大的行星以4天周期公转一周,很有可能是一颗气体巨星。


CoRoT卫星所采用的观测手段是掩蚀法。它在持续7年5个月的任务中累积了大量数据,需要庞大的人力、物力进行分析。现在,这一艰巨的任务落到了游戏Eve Online的玩家们的肩上。


原理


什么是掩蚀?行星在经过观察者与恒星之间时,对恒星产生了挡光的效果,因此在观察者看来,恒星变暗了,这就是掩蚀(transit,也叫凌星)。


掩蚀方法示意图(图源:wikipedia)


这一方法的缺陷在于,掩蚀现象出现的几率不大。但是考虑到银河系的恒星基数,我们依然可以比较容易地通过空间项目(例如前文提到的CoRoT卫星)来进行恒星光度曲线的记录,以期探测到系外行星对恒星的掩蚀的发生。


此外,掩蚀法可以测量行星的大小,再用其它方法测出它的质量,就可以估算出行星的密度,进而研究行星的结构。更加重要的是,通过行星掩蚀对恒星光谱的影响,我们可以分析行星自身的光谱特征,以此对行星大气有所了解,甚至可能在系外行星中探测有机分子和氧气、水蒸气的存在。


尽管掩蚀法的原理比较易懂,但实际上望远镜取得的数据远远没有这么清晰、直观。首先,恒星本身的光度并非恒定。有的恒星的光度会周期性变化,周期可长可短;有的恒星则可能有光度的跃变,甚至能伪装成类似行星掩蚀的凹坑。其次,即使是普通的恒星,我们在采集光度数据的时候,也不可避免会有各种误差,形成数据的噪声。很多情况下,行星掩蚀造成的光度下降会完全隐藏在噪声中,不经过一定的训练、不仔细观察光变曲线,我们几乎看不到掩蚀的迹象。


在游戏Eve Online中,系统会先喂给玩家一些假的教学数据进行训练。教学数据一般是人为生成的必然带有/不带有行星周期性掩蚀造成的凹坑的光变曲线,或是一些已经通过掩蚀法确认存在系外行星的目标的光变曲线。


这是一个教学数据,绿色代表玩家找到了正确的光度下降凹坑,黄色代表被忽略了的凹坑,红色代表并非系外行星造成的掩蚀现象。从这个例子中也可以看到,信号会被隐藏在噪声中。(图片由作者提供)


等到玩家通过教程后,系统才会逐渐给玩家派发一些真正的CoRoT望远镜接收到的数据,并间歇地随机夹杂假的教学数据喂给玩家,以防止玩家乱点提交,剔除出不具备参考价值的结果。当玩家持续正确找到教学数据中行星掩蚀的迹象后,系统会提升玩家的准确度数据,而错误的判断则会降低准确度。


每分析完一组数据,无论真实与否,玩家都会获得游戏币和经验值的奖励。准确率越高,游戏币奖励越多,而经验值可以提升探索等级,每达到一些等级都能获得游戏内物品的奖励。很容易猜出,准确率高的玩家对真实数据做出的判断,一般参考价值会更高。


这是一个真实数据的案例。系统不会给你反馈正确与否的信息,只会告诉你分析过这个数据的玩家,有多少比例认为某一处有行星掩蚀所造成的光变。图片由作者提供


当然,具体的操作还要复杂一些。可以说,只有通过不断训练自己大脑的“神经网络”,才能提高判断的准确程度


前苏联火箭之父、现代宇航学和火箭理论的奠基人Konstantin E. Tsiolkovsky曾经说过这样一段话:


The finer part of mankind will, in all likelihood, never perish -- they will migrate from sun to sun as they go out. And so there is no end to life, to intellect and the perfection of humanity. Its progress is everlasting.

较为优质的一部分人类,十有八九永远不会灭亡。当太阳走向灭亡的时候,他们会从一个太阳系迁移到另一个太阳系。以人类的智慧和完美,生命没有止境,它的进程永久不断。


迄今为止,我们已经发现了几千颗太阳系外行星,其中有不少和地球十分类似的行星。有的类地行星甚至处于母恒星的宜居带(Circumstellar Habitable Zone)中,有可能存在液态水,甚至可能支持生命的存在。在这些星球以及更多有待发现的星球中,也许就隐藏着未来人类的新家园,甚至是外星文明存在的迹象呢!


参考资料

[1] https://www.eveonline.com/

[2] https://www.eveonline.com/discovery/

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Eve_Online

[4] https://wiki.eveuniversity.org/Project_Discovery:_Human_Protein_Atlas

[5] https://www.nature.com/articles/nbt.4225

[6] https://www.eveonline.com/article/project-discovery-needs-you/

[7] https://www.eveonline.com/article/exoplanets-the-next-phase-of-project-discovery

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/CoRoT

[9] https://www.zhihu.com/question/67459710/answer/253044226

[10] https://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_exoplanets

[11] http://www.iac.es/proyecto/tep/transitmet.html


文章头图及封面图片来源:eveonline.com


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