В США астрономы создали модель искусственного интеллекта, способную за девять часов предсказывать появление активных областей на Солнце. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в журнале Journal of Geophysical Research Machine Learning and Computation. Соавтор исследования, российский астрофизик, доктор физ.-мат. наук Александр Косовичев рассказал RTVI о деталях открытия и перспективах его применения.
Возникновение активных областей на Солнце связано с проявлениями различных типов активности, в том числе вспышек и пятен, которые имеют непосредственные последствия на Земле, связанные с космической погодой. До последнего времени предсказание такой активности, способной нарушать на Земле системы связи и работу другого оборудования, представлялось невозможным, поскольку признаки надвигающихся возмущений весьма слабо заметны с Земли.
Ученые из Технологического института Нью-Джерси (США) впервые создали основанную на искусственном интеллекте модель EarlyDetect, способную предсказывать появление активных областей солнечных пятен на Солнце.
Активные области — ограниченные области в атмосфере Солнца, связанные с усилением и перестройкой магнитного поля. Формируются они на масштабе нескольких часов, а существуют до нескольких дней. По мере подъема магнитных полей к поверхности Солнца они оставляют характерные изменения в акустических волнах, которые ученые фиксируют методами так называемой гелиосейсмологии, науки о колебаниях поверхности Солнца. Чтобы замечать эти изменения, ученые ежечасно обрабатывают акустические неоднородности и магнитные поля по наблюдениям космической обсерватории NASA Solar Dynamics Observatory (SDO).
По словам ученых, основная сложность состоит в том, что активная область начинает развиваться под видимой поверхностью Солнца, где сложно напрямую наблюдать структуру магнитного поля.
«В областях всплытия активных областей интенсивность колебаний уменьшается примерно за несколько часов до начала всплытия. Этот эффект связан с рассеянием акустических волн на всплывающих областях под поверхностью Солнца. ИИ помогает обнаружить тонкие изменения интенсивности на определенных частотах в шуме солнечных осцилляций, — рассказал RTVI астроном, специалист по гелиофизике Александр Косовичев из Технологического института Нью-Джерси. — Точность и время предсказания зависят от размера активной области и скорости всплытия. Время предсказания варьируется и в среднем составляет примерно 5 часов. Для больших областей достигает 12 часов».
Модель основана на «Трансформере», революционной архитектуре нейронных сетей, которая произвела переворот в области обработки естественного языка (NLP). И хотя обычно такие модели изучают характерные особенности текста, EarlyDetect выделяет характерные паттерны в наблюдениях Солнца, предсказывая изменения в активности. После обучения модели на реальных примерах активности ученые протестировали ее способности. Оказалось, что в среднем модель способна выявлять характерные признаки формирования активных областей за более чем 9 часов.
Несмотря на продемонстрированные успехи, модель пока не способна предсказывать солнечную активность в реальном времени. Она была натренирована на известных событиях и пока дает ложные сигналы предупреждения или запоздалые предсказания, поэтому требует усовершенствования, говорят ученые.
«На данном этапе это всего лишь демонстрация методики. Процедура и критерии для оперативного прогноза еще не разработаны. Кроме того, такой прогноз будет первым элементом в целой цепочке прогнозов — от предсказания появления активных областей до прогноза их вспышечной активности. Однако, он дает операторам прогнозов указания, когда и в каких областях следует ожидать усиление солнечной активности, — пояснил Косовичев. — Методы ИИ очень активно развиваются и в ближайшие несколько лет заменят или существенно дополнят текущие прогнозы космической погоды, которые сейчас выполняются “вручную” командами операторов, круглосуточно следящих за Солнцем».
По словам астронома, главная задача предсказания космической погоды — защита пилотируемых полетов. «Новая методика позволяет оценить риски и периоды «все спокойно» (all clear) для более длительных периодов», — отметил он.