Вчені з компанії IBM, одного зі світових лідерів у галузі інформаційних технологій, та NASA, провідного космічного агентства США, представили надзвичайну модель штучного інтелекту, що здатна передбачати потужні сонячні спалахи з безпрецедентною точністю. Це відкриття надає людству шанс вчасно реагувати на потенційно небезпечну та руйнівну сонячну активність.
Нова модель штучного інтелекту, названа «Сурья» (що на санскриті означає «сонце», відоме божество у ведичній міфології), поглинає необроблені зображення, отримані супутником Solar Dynamics Observatory (SDO). Цей космічний апарат NASA, запущений у 2010 році для комплексного вивчення Сонця, протягом останніх 15 років безперервно спостерігає за нашою зіркою. «Сурья» обробляє ці дані значно швидше, ніж будь-яка людина.
Використовуючи ці необроблені дані, можливості яких, за словами представників IBM, дослідники ледь почали освоювати, базова модель здатна передбачати потужні спалахи ще до їхнього виникнення. Таким чином, з’являється можливість захистити астронавтів та обладнання в космосі, а також підготуватися до можливих збоїв в енергетичних мережах та системах зв’язку на Землі.
«Ми розпочали цю подорож із NASA у 2023 році, розширюючи межі технологій та створюючи новаторські базові моделі ШІ для безпрецедентного розуміння нашої планети Земля», – зазначив Хуан Бернабе-Морено, директор IBM Research Europe у Великій Британії та Ірландії, відповідальний за наукову співпрацю з NASA. – «З «Сурьєю» ми створили першу фундаментальну модель, яка може поглянути Сонцю в очі та передбачити його «настрій»».
Сонячна активність дедалі більше впливає на наше життя, особливо в міру того, як ми освоюємо космос і залежимо від технологій на Землі. Сонячні спалахи та корональні викиди маси можуть вивести з ладу супутники, порушити навігацію літаків, спричинити відключення електроенергії та становити радіаційний ризик для астронавтів. Це робить точне прогнозування космічної погоди надзвичайно важливим. За словами вчених, передбачати шторми на Землі складно, а сонячні бурі – ще складніше. Коли сонячні спалахи вивергаються крізь магнітне поле Сонця, їхнє світло досягає наших очей за вісім хвилин. Ця затримка означає, що вчені повинні бачити ще далі вперед у своїх прогнозах.
Модель «Сурья» порівнянна з окремою групою моделей ШІ під назвою «Прітхві». Ці моделі обробляють колосальні обсяги супутникових даних для точнішого моделювання Землі, що допомагає краще прогнозувати клімат і погоду, а також виконувати такі завдання, як картографування вирубки лісів, вимірювання наслідків повеней та прогнозування впливу екстремальної спеки. Модель «Сурья» – це відкрита система з 360 мільйонами параметрів, розроблена для вивчення сонячної динаміки за допомогою восьми каналів Atmospheric Imaging Assembly (AIA) та п’яти продуктів Helioseismic and Magnetic Imager (HMI). AIA забезпечує різноманітні ракурси верхніх шарів атмосфери Сонця, відомих як сонячна корона, роблячи знімки в багатьох довжинах хвиль. HMI, своєю чергою, є приладом, що вивчає коливання та магнітне поле на поверхні Сонця.
Система здатна точно прогнозувати сонячну динаміку, сонячний вітер та сонячні спалахи, а також виявляти спектри екстремального ультрафіолету (EUV). Вчені стверджують, що новаторська архітектура «Сур’ї» дозволяє їй вивчати фундаментальні фізичні процеси, що стоять за сонячною еволюцією. Свої висновки вони виклали у дослідженні, завантаженому 18 серпня до бази препринтів arXiv. Варто зазначити, що arXiv – це відкритий архів електронних препринтів наукових статей з фізики, математики, інформатики, статистики, фінансів, астрономії та біології. Дослідження, розміщені там, ще не пройшли процедуру рецензування.
«Це чудовий спосіб реалізувати потенціал цих даних, – прокоментувала Кеті Рівз, сонячний фізик з Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики. Гарвардсько-Смітсонівський центр астрофізики є спільним центром Гарвардського університету та Смітсонівського інституту, що проводить дослідження в галузі астрономії, астрофізики та наук про Землю. – Витягувати особливості та події з петабайтів даних – це трудомісткий процес, і тепер ми можемо його автоматизувати».
Пильний погляд на Сонце
Дані для моделі надходять від SDO, який обертається навколо Землі, роблячи знімки кожні 12 секунд. Ці зображення фіксують Сонце в різних діапазонах довжин хвиль, щоб визначити температуру його шарів, яка варіюється від 5500 градусів Цельсія на поверхні до 2 мільйонів градусів Цельсія в короні. SDO також фіксує магнітну активність: новоутворені сонячні плями виявляються в білому світлі, тоді як інші інструменти для зображення перевіряють швидкість «бульбашок» на поверхні та відстежують викривлення магнітних ліній Сонця.
Дослідники навчали «Сурью», використовуючи дев’ятирічний фрагмент цих даних. Спершу вони гармонізували різні шари, тобто об’єднали різні типи даних для створення цілісної картини, а потім експериментували з різними архітектурами штучного інтелекту для їхньої обробки. Під час навчання моделі «Сур’я» було поставлено завдання аналізувати послідовні зображення, а потім передбачати, що SDO побачить через годину, перевіряючи ці прогнози з фактично спостережуваними зображеннями.
Сонце також має різні особливості, які вчені намагалися «закодувати» в модель, зокрема те, що Сонце обертається швидше на екваторі, ніж на полюсах. Проте, як не дивно, вони виявили, що «Сурья» вивчає ці особливості самостійно, на основі даних, значно ефективніше, ніж через будь-який людський внесок. Під час тестування модель ШІ могла передбачити, чи ймовірно, що активна область викличе сонячний спалах, за годину до його виникнення, а в деяких експериментах, коли керувалися візуальною інформацією, досягали прогнозів протягом двох годин. За словами представників IBM, це становить 16% покращення порівняно з наявними методами прогнозування.
Команда зробила модель штучного інтелекту відкритою, і тепер вона доступна на платформах GitHub та Hugging Face – відкритих ресурсах, що розміщують моделі та набори даних ШІ. «SuryaBench» – підібраний набір даних та контрольних показників, спрямований на допомогу дослідникам у кращому розумінні поведінки Сонця, також є у вільному доступі.
