Vad har pulsarer, kvasarer, mörk materia och mörk energi gemensamt? Svar:var och en av dem överraskade upptäckaren. Medan mycket av vetenskapen utvecklas noggrant och metodiskt, majoriteten av verkligen spektakulära upptäckter inom astronomi är oväntade.

Många av våra teleskop är byggda för att upptäcka de kända okända:de saker vi vet att vi inte vet, som att identifiera saker som utgör mörk materia.

Men de verkliga genombrotten är de okända okända. Det här är de saker vi inte ens misstänker finns där förrän vi av misstag hittar dem.

Till exempel, av de tio största upptäckterna av rymdteleskopet Hubble, Endast en i förslaget motiverade dess konstruktion och lansering. Den, mäta universums expansionstakt, är en känd okänd.

Med andra ord, vi hade en fråga om något som vi visste om, och vi trodde att Hubble kunde svara på frågan. De flesta andra upptäckterna är okända okända:vi visste inte vad de var förrän vi snubblade över dem.

De inkluderar upptäckten av mörk energi, den enda Hubble -upptäckten (hittills) som vann ett Nobelpris, under 2011.

En slumpmässig upptäckt

Tänk på pulsarer. De upptäcktes på 1960 -talet när en lysande ung doktorand i Storbritannien, Jocelyn Bell Burnell, studerade hur radiovågor blinkade av elektroner i rymden (en känd okänd).

Hon märkte udda bitar av det hon kallade "bitar av skräp" på sin sjökortspelare, och insåg att de var något mycket mer häpnadsväckande än bara traktorstörningar, och därmed upptäckte pulsarer - en okänd okänd - för vilken hennes handledare Antony Hewish vann Nobelpriset i fysik 1974.

Så hur gjorde hon den upptäckten?

Förutom att vara en ljus, beständig, fördomsfull elev, Bell Burnell observerade också universum på ett sätt som det aldrig hade observerats tidigare. Genom att titta på snabba förändringar i radiovågorna, hon observerade universum med en parameter - i det här fallet korta tidsobservationer - som inte hade använts tidigare.

Andra upptäckter händer när människor observerar med en annan parameter, som svimning, eller himmelområde, som inte har observerats tidigare. Tillsammans, dessa parametrar utgör vårt parameterutrymme.

De flesta stora astronomiska upptäckter verkar hända när någon observerar en ny del av parameterutrymmet; observera universum på ett sätt som det inte har observerats tidigare.

Detta nya sätt kan bestå i att titta djupare, eller med bättre upplösning, eller i större skala, eller kanske bara se mycket mer av universum. Att utvidga någon av dessa parametrar till sina outforskade regioner leder sannolikt till en oväntad upptäckt.

Just nu byggs flera nästa generations teleskop, djärvt på väg där inget teleskop har gått tidigare. De kommer att avsevärt utöka volymen av observationsparameterutrymme, och bör i princip upptäcka oväntade nya fenomen och nya typer av objekt.

Till exempel, CSIRO:s ASKAP-teleskop på 165 miljoner dollar, nu närmar sig färdigställandet, utforskar flera områden i okänt parameterutrymme, med en utmärkt chans att snubbla över en stor oväntad upptäckt som kan skaka den vetenskapliga världen.

Men kommer vi att känna igen det när vi ser det? Antagligen inte.

Bell Burnell upptäckte pulsarer genom att mödosamt sikta igenom alla hennes data, och märkte en liten anomali som inte passade hennes förståelse av teleskopet.

Hur mycket data?

Om Bell Burnell observerade med ASKAP, hon skulle behöva sålla igenom cirka 80 petabyte data per år, från en maskin som är så komplex att ingen riktigt förstår varje bit av den. Förlåt, inte ens Bell Burnells hjärna klarar av att sålla igenom den mängden data.

Vi kan omöjligt undersöka all data för ögat. Så hur vi gör vår vetenskap är att vi beslutar om den vetenskapliga frågan vi ställer, och förvandla den till en datafråga.

Vi bryter sedan databasen och letar efter de bitar av data som kommer att svara på vår fråga.

Detta är ett mycket effektivt sätt att besvara de kända okända. Tyvärr, det är värdelöst att hitta de okända okända. Vi får bara svar på de frågor vi ställer, och inte till de frågor som vi inte visste att vi borde ställa.

Kom ihåg nu Hitchhiker's Guide to the Galaxy science fiction/fantasy -serien av författaren Douglas Adams? När en gigantisk dator, Djupa tankar, hittade svaret på "livet, universum, och allt "ska vara 42, annan, ännu större, datorn måste byggas för att ta reda på vad den egentliga frågan var.

Så kan vi designa en maskin, eller en mjukvara, att replikera Bell Burnells hjärna för att upptäcka okända okända men arbeta bekvämt med petabyte med data och otroligt komplexa teleskop?

WTF in i det okända

Jag tror att vi kan och vi har redan startat projektet WTF, som står för Widefield ouTlier Finder, med framstegen som hittills publicerades bara förra månaden. WTF -maskinen silar igenom petabyte med data, letar efter något oväntat, utan att veta exakt vad den letar efter.

Tricket är att använda maskininlärningstekniker, där vi lär programvaran om allt vi vet om, och be den sedan hitta saker vi inte vet om.

Till exempel, det kan rita upp en graf över radioljusstyrka mot optisk färg. På den grafen, det skulle hitta ett kluster av kvasarer grupperade tillsammans, ett annat galaxkluster som Vintergatan, och så vidare.

Kanske kommer det att hitta ett annat kluster av objekt som vi inte förväntade oss och inte visste om. Våra småhjärnor kunde inte göra mer än ett litet inslag i alla möjliga grafer som måste plottas, men WTF kommer att ta dessa i sitt steg.

Denna process kommer inte att vara lätt. I början, WTF kommer förmodligen att hitta på saker vi glömde berätta, och den kommer också att hitta radiostörningar och instrumentala artefakter.

När vi gradvis lär det vad det är, det kommer att börja känna igen riktigt nya föremål och fenomen. Mer betydelsefullt, det kommer att börja lära sig nya saker från data som görs osynliga för våra hjärnor av deras rena flerdimensionella komplexitet, men kommer att bli grist till bruket för WTF.

Vi förväntar oss att WTF blir smartare än oss, kunna hitta de sällsynta upptäckterna begravda i data. Kanske kan WTF till och med vinna det första icke-mänskliga Nobelpriset.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.