Як сирена, що сповіщає про торнадо — небезпечні для життя шторми в центрі Америки — нова комп’ютерна модель, яка поєднує штучний інтелект (ШІ) і супутникові дані NASA, може сигналізувати про небезпечну космічну погоду.
Модель використовує штучний інтелект для аналізу вимірювань сонячного вітру (невпинного потоку речовини від Сонця) і прогнозування магнітної бурі, яка насувається, за 30 хвилин до її початку в будь-якій точці Землі. Цього часу може бути достатньо, щоб підготуватися до таких «штормів» і запобігти серйозному впливу на електромережі та іншу критичну інфраструктуру.
Сонце повсякчас викидає речовину в космос — як у вигляді постійного потоку частинок, відомого під назвою «сонячний вітер», так і тих частинок, що з’являються після коротких, високоенергетичних сонячних спалахів. Коли сонячна речовина стикається з магнітним середовищем Землі (її магнітосферою), то іноді спричиняє так звані геомагнітні бурі. Наслідки цих магнітних бур можуть бути як відносно безпечними, так і доволі небезпечними. Однак у світі, який усе більше залежить від технологій, такі наслідки дедалі стають небезпечнішими.
Цей фільм, знятий Сонячно-геліосферною обсерваторією (Solar and Heliospheric Observatory, SOHO) NASA, показує два виверження на Сонці, які називають корональними викидами маси. Ці події, що трапилися 28 і 29 жовтня 2003 року, спричинили викиди заряджених частинок у космос. Деякі з частинок високої енергії потрапили в камеру SOHO, спричинивши появу чогось схожого на сніг. Ці вибухи були частиною низки сонячних спалахів на Гелловін того року, які спричинили вимикання електроенергії в Швеції та призвели до збоїв у роботі зв’язку, авіаперевезень і космічних апаратів (зокрема й SOHO). На зображенні від SOHO, захисний екран блокує пряме світло Сонця, щоб можна було побачити слабкіші елементи поблизу нього. Біле коло показує розташування та розмір Сонця. Авторські права на зображення: NASA/SDO. Фото з сайту www.nasa.gov.
Наприклад, руйнівна геомагнітна буря в 1989 році призвела до 12 годинного вимкнення електроенергії в Квебеку, зануривши мільйони канадців у темряву. Не працювали школи і підприємства. Найсильніша геомагнітна буря, спричинена найпотужнішим сонячним спалахом за всю історію спостережень (подія Керрінгтона в 1859 році) викликала пожежі на телеграфних станціях і завадила надсиланню повідомлень. Якби подія Керрінгтона сталася сьогодні, це спричинило б ще серйозніші наслідки, такі як широкомасштабні збої в електропостачанні, постійні вимикання електроенергії та перебої в глобальному зв’язку. Такий технологічний хаос може завдати шкоди економіці та поставити під загрозу безпеку і засоби до існування людей у всьому світі.
Крім того, ризик геомагнітних бур і руйнівних наслідків для суспільства зараз зростає, оскільки ми наближаємося до наступного «сонячного максимуму» — піку в 11-річному циклі активності Сонця — який, як очікують геліофізики, настане десь у 2025 році.
Щоб підготуватися, міжнародна група дослідників з Frontier Development Lab — державно-приватного партнерства, до якого входять NASA, Геологічна служба США та Міністерство енергетики США — використовує штучний інтелект (ШІ) для пошуку зв’язків сонячного вітру і геомагнітних збурень, які завдають шкоди нашій технології. Дослідники застосували метод ШІ під назвою «глибинне навчання» («deep learning»), який навчає комп’ютери розпізнавати шаблони на основі попередніх прикладів. Вони використовували цей тип штучного інтелекту для виявлення зв’язків між даними вимірювань сонячного вітру геліофізичними місіями (зокрема ACE, Wind, IMP-8 і Geotail) і геомагнітними збуреннями, які реєстрували наземні станції по всій планеті.
На основі цього науковці розробили комп’ютерну модель під назвою DAGGER (формально Deep Learning Geomagnetic Perturbation), яка може швидко й точно прогнозувати геомагнітні збурення в усьому світі за 30 хвилин до їх виникнення. За словами наукової групи, модель може створювати прогнози менш ніж за секунду й оновлювати їх щохвилини.
Група DAGGER протестувала модель на прикладі двох геомагнітних бур, які трапилися в серпні 2011 року та березні 2015 року. У кожному випадку DAGGER вдалося швидко й точно спрогнозувати наслідки «шторму» по всьому світу.
Розробники DAGGER порівняли прогнози моделі з вимірюваннями, зробленими під час сонячних бур у серпні 2011 року та березні 2015 року. У верхній частині кольорові крапки показують вимірювання, зроблені під час бурі 2011 року. Кольори вказують на інтенсивність геомагнітних збурень, які можуть викликати струм в електричних мережах, а помаранчевий і червоний вказують на найсильніші ефекти. 30-хвилинний прогноз DAGGER на той самий час (внизу) показує найінтенсивніші збурення приблизно в тих самих місцях навколо північного полюса Землі. Авторські права на зображення: В. Упендран та ін. Фото з сайту www.nasa.gov.
Попередні моделі прогнозування використовували ШІ для створення локальних геомагнітних прогнозів для певних місць на Землі. Інші моделі, які не використовували штучний інтелект, давали глобальні прогнози, які не були дуже своєчасними. DAGGER — це перша модель, що поєднує швидкий аналіз штучного інтелекту з реальними вимірюваннями в космосі та по всій Землі для створення прогнозів з частим оновленням, які є оперативними та точними для місць у всьому світі.
«За допомогою штучного інтелекту тепер можна робити швидкі й точні глобальні прогнози та ухвалювати рішення у випадку геомагнітної бурі, тим самим мінімізуючи — або навіть запобігаючи — розоренню сучасного суспільства», — сказав Вішал Упендран (Vishal Upendran) з міжуніверситетського центру «Астрономія та астрофізика» в Інді. Він є першим автором статті про модель DAGGER, яку оприлюднив журнал Space Weather.
Комп’ютерний код у моделі DAGGER є відкритим вихідним кодом. Упендран вважає, що код можуть застосувати оператори електромереж, диспетчери супутників, телекомунікаційні компанії та інші, щоб використати прогнози для своїх конкретних потреб. Такі попередження можуть дати їм час вжити заходів для захисту активів та інфраструктури від сонячного спалаху та геомагнітної бурі, що насувається. Наприклад, тимчасово вимкнути чутливі системи або перемістити супутники на інші орбіти, щоб мінімізувати шкоду.
Завдяки таким моделям, як DAGGER, одного дня можуть з’явитися сирени «сонячних штормів», які подають сигнал тривоги на електростанціях і в центрах управління супутниками по всьому світу, подібно до того, як сирени торнадо виють перед небезпечною зміною погоди в селищах і містах Америки.
За інф. з сайту www.nasa.gov підготував Іван Крячко
