NASA активізує дослідження Сонця, запустивши модель Surya Heliophysics Foundational Model — штучно-інтелектуальну модель, навчну на 9-річних спостереженнях з Сонячної динамічної обсерваторії NASA.
Розроблена NASA у співпраці з IBM та іншими партнерами, Surya використовує новітні досягнення в галузі ШІ для аналізу величезних обсягів даних про Сонце, допомагаючи вченим краще розуміти сонячні виверження і прогнозувати космічну погоду, яка загрожує супутникам, енергосистемам і комунікаційним системам. Цю модель можна використовувати для раннього попередження операторів супутників та для прогнозування впливу ультрафіолетового випромінювання Сонця на верхні шари атмосфери Землі.
Surya: штучний інтелект для дослідження Сонця
Проміжні результати показують, що Surya робить значні успіхи у прогнозуванні сонячних спалахів, що є давнім викликом у геліофізиці. Surya може створювати візуальні прогнози сонячних спалахів за дві години наперед, що є важливим кроком до використання ШІ для оперативного прогнозування космічної погоди. Ці первинні результати перевищують існуючі показники на 16%. Надавши відкритий доступ до моделі на платформі HuggingFace та до коду на GitHub, NASA заохочує наукову спільноту тестувати цю модель ШІ для розробки інноваційних рішень, які спираються на унікальну цінність безперервних, стабільних та тривалих даних з Сонячної динамічної обсерваторії.
Успіх моделі напряму пов’язаний з довгостроковою базою даних Сонячної динамічної обсерваторії. Запущена у 2010 році, вона надає незмінний, високоякісний запис про Сонце впродовж майже 15 років, фіксуючи зображення кожні 12 секунд у кількох довжинах хвиль, а також точні вимірювання магнітного поля. Ці стабільні та добре калібровані дані, що охоплюють весь сонячний цикл, є ідеальною основою для навчання ШІ моделей, таких як Surya, що дозволяє їм виявляти тонкі закономірності в поведінці Сонця, які коротші набори даних можуть прогледіти.
Сила Surya полягає в архітектурі моделі, яка навчається безпосередньо на сировинних сонячних даних. На відміну від традиційних систем ШІ, які вимагають широкого маркування, Surya може швидко адаптуватися до нових завдань та застосувань. Застосування включають відстеження активних зон, прогнозування активності спалахів, передбачення швидкості сонячного вітру та інтеграцію даних з інших обсерваторій, включаючи спільну місію NASA-ESA Solar and Heliospheric Observatory та Parker Solar Probe NASA.
Ризики сонячної активності для технологій і суспільства
Сонячні бурі несуть значні ризики для нашого технологічно залежного суспільства. Потужні сонячні явища енергізують іоносферу Землі, викликаючи істотні помилки GPS або повну втрату сигналу в супутникових комунікаціях. Вони також становлять загрозу для енергетичних мереж, оскільки геомагнітно індуковані струми під час корональних викидів можуть перевантажити трансформатори та викликати широкомасштабні відключення.
У комерційній авіації сонячні спалахи можуть порушувати радіозв’язок і навігаційні системи, дорогою підвищуючи рівень опромінення для польотів на великих висотах. Ризик зростає для пілотованих космічних польотів. Астронавти, що відправляються на Місяць чи Марс, можуть покладатися на точні прогнози, щоб захиститися від потужного випромінювання під час сонячних часткових подій.
Вплив Сонця поширюється на зростаючу кількість супутників на низькій орбіті, включаючи ті, що забезпечують глобальний високошвидкісний інтернет. Коли активність Сонця посилюється, це нагріває верхні шари атмосфери Землі, збільшуючи опір, що уповільнює супутники, відхиляє їх від орбіти й викликає передчасний повторний вхід. Оператори супутників часто стикаються з труднощами у прогнозуванні, де і коли сонячні спалахи можуть вплинути на ці супутники.
Співпраця, відкритий доступ і перспективи розвитку
Хоча Surya призначена для вивчення Сонця, її архітектура та методологія можуть бути адаптовані до інших наукових сфер. Від планетарної науки до спостереження Землі, проект закладає базову інфраструктуру для подібних зусиль у різних наукових галузях.
Surya є частиною більш широких зусиль NASA, спрямованих на розвиток інструментів науки з відкритим доступом, заснованих на ШІ. Як модель, так і навчальні набори даних безкоштовно доступні в онлайн-форматі для дослідників, педагогів і студентів по всьому світу, знижуючи бар’єри для участі та спонукаючи до нових відкриттів.
Навчання Surya частково підтримувалося Національним ресурсом досліджень у галузі штучного інтелекту (NAIRR) — ініціативою Національного фонду науки (NSF), що надає дослідникам доступ до сучасних обчислювальних ресурсів, наборів даних і інструментів ШІ. NAIRR об’єднує федеральні та індустріальні ресурси, такі як обчислювальна потужність NVIDIA, щоб розширити доступ до інфраструктури, необхідної для передового дослідження ШІ.
Surya є частиною більшого зусилля, яке просувається та підтримується Офісом головного наукового офіцера з даних NASA та Геліофізичним відділом, НФС та університетами-партнерами для розвитку наукових місій NASA через інноваційні моделі даних і ШІ. Архітектура ШІ Surya була спільно розроблена Міжвідомчою групою з реалізації та розширених концепцій (IMPACT) при Офісі науки про дані та інформатики в Космічному центрі імені Маршалла NASA в Гантсвіллі, штат Алабама; IBM; та командою науковців.
Наукова команда, сформована в Управлінні NASA, складалася з експертів з Південно-західного дослідницького інституту в Сан-Антоніо, штат Техас; Університету Алабами в Гантсвіллі, штат Алабама; Університету Колорадо в Боулдері, штат Колорадо; Університету штату Джорджія в Атланті, штат Джорджія; Прінстонського університету в Прінстоні, штат Нью-Джерсі; Геліофізичного відділу NASA; Космічного центру імені Годдарда NASA в Грінбелті, штат Меріленд; Лабораторії реактивного руху NASA в Пасадені, штат Каліфорнія; та Інституту SETI в Маунтін-В’ю, штат Каліфорнія.
