Штучний інтелект навчився виявляти загадкові космічні урагани над Землею

Китайські вчені розробили систему штучного інтелекту, здатну автоматично виявляти так звані космічні урагани — рідкісні плазмові вихори у верхніх шарах атмосфери Землі. Алгоритм проаналізував близько 300 тисяч супутникових зображень і продемонстрував точність майже 98%.

Про це повідомляє NNews із посиланням на Interesting Engineering.

Що таке космічний ураган

Попри назву, космічний ураган не має нічого спільного зі звичайними атмосферними циклонами. Це гігантські спіралеподібні структури з потоків заряджених частинок, які виникають у магнітосфері та іоносфері Землі поблизу магнітних полюсів.

Вони супроводжуються незвичайними полярними сяйвами та можуть простягатися на сотні або навіть тисячі кілометрів.

Перший підтверджений випадок такого явища вчені описали лише у 2021 році, хоча сам космічний ураган стався ще у 2014-му. Тоді над Північним полюсом зафіксували плазмовий вихор діаметром близько 1000 кілометрів, який існував майже вісім годин.

Чому відкриття здивувало науковців

Найбільш несподіваним стало те, що цей ураган виник під час відносно спокійної геомагнітної обстановки.

Раніше вважалося, що масштабні явища космічної погоди пов’язані переважно з потужними сонячними бурями. Однак відкриття показало: небезпечні процеси можуть відбуватися навіть тоді, коли космічне середовище здається стабільним.

Подальші дослідження засвідчили, що такі вихори здатні спрямовувати великі потоки високоенергетичних електронів у полярну іоносферу.

Як ШІ навчили шукати космічні урагани

Головною проблемою було не отримання даних, а їхній аналіз. Раніше науковці вручну переглядали тисячі ультрафіолетових знімків полярних сяйв, що займало багато часу та залежало від людського фактора.

Щоб автоматизувати цей процес, дослідники створили систему глибокого навчання.

Для її тренування використали:

• близько 300 тисяч зображень полярних сяйв;
• дані, отримані у період з 2005 по 2021 рік;
• спостереження з Північної та Південної півкуль;
• архіви супутників програми Defense Meteorological Satellite Program (DMSP);
• 570 підтверджених випадків космічних ураганів.

До навчальної вибірки також включили схожі за формою явища, щоб алгоритм навчився відрізняти справжні космічні урагани від інших типів полярних сяйв.

У результаті найефективніша модель досягла точності 97,9%, одночасно визначаючи не лише сам факт появи урагану, а й його точне розташування на зображенні.

Від виявлення до прогнозування

Науковці наголошують, що наступний крок — навчитися прогнозувати такі події.

Це особливо актуально на тлі запуску нових космічних місій. Зокрема, місія SMILE (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer), реалізована спільно Китаєм та Європою, постійно передаватиме великі обсяги ультрафіолетових зображень полярних сяйв.

Без автоматизованих систем аналізувати такі масиви інформації буде практично неможливо.

Дослідники планують об’єднати супутникові та наземні спостереження, щоб створити системи короткострокового прогнозування космічних ураганів у режимі реального часу.

Чому це важливо

Космічні урагани можуть впливати на роботу:

• супутників;
• радіозв’язку;
• навігаційних систем;
• радарів;
• технологічної інфраструктури у високих широтах.

Новий інструмент на основі штучного інтелекту дозволить не лише швидше знаходити рідкісні явища, а й краще зрозуміти механізми космічної погоди, від яких дедалі більше залежить сучасний світ.

Цікавий факт

Перший відомий космічний ураган мав діаметр близько 1000 кілометрів — це приблизно відстань від Києва до Варшави. Попри свої масштаби, він залишався непоміченим майже сім років.