Исследователи разработают систему прогнозирования солнечных вспышек на основе искусственного интеллекта

Исследователи из Технологического института Нью-Джерси (NJIT) используют искусственный интеллект, чтобы лучше понять процессы в нижних слоях атмосферы Солнца, которые вызывают мощные извержения, способные нарушить работу важной инфраструктуры на Земле.

Команда учёных из NJIT получила грант от Национального научного фонда (NSF) в размере $593,864 на разработку новой системы ИИ. Эта система поможет быстро и точно предсказывать солнечные погодные явления, такие как вспышки и корональные выбросы массы (CME).

В течение трёх лет проект, возглавляемый Яном Сюй из Института космической погоды NJIT и Джейсоном Ваном из Колледжа вычислительных наук NJIT, сосредоточится на создании ИИ, который сможет предсказывать космическую погоду. Этот ИИ даст учёным новые возможности для изучения сложных магнитных процессов в атмосфере Солнца, которые приводят к солнечным извержениям. Ранее эти области Солнца практически не наблюдались.

Учёные разработали новую систему прогнозирования SolarDM, которая может заблаговременно предупреждать о взрывных событиях на Солнце за несколько дней. Это особенно важно, так как солнечная активность увеличивается в ходе 11-летнего солнечного цикла, начавшегося в 2019 году.

«Основные солнечные извержения вызваны магнитными процессами в солнечной короне, где нам не хватает данных из-за плохих условий наблюдения и недостатка инструментов», — объясняет Ян Сюй, ведущий исследователь проекта. «Наблюдения за слоями атмосферы под короной очень важны для изучения трёхмерных магнитных полей. Информация от SolarDM поможет нам лучше понимать эти области и предсказывать мощные солнечные извержения».

Учёные много лет пытаются разгадать тайны верхней атмосферы Солнца — короны. Магнитные поля в этой области создают взрывные события, которые могут нарушить работу спутников и систем связи на Земле.

Однако наблюдения за хромосферой — вторым слоем атмосферы Солнца — всегда были сложными. Этот слой находится над фотосферой и содержит важные данные о солнечных извержениях, но его сложно увидеть.

Команда NJIT решила эту проблему с помощью ИИ, который создаёт синтетические векторные магнитограммы — компьютерные изображения магнитных полей в фотосфере и хромосфере. Эти данные помогут лучше понять причины солнечных извержений.

Система SolarDM будет обучаться на основе симуляций магнитных полей Солнца и данных от солнечного телескопа SOLIS, расположенного в обсерватории Биг-Беар при NJIT. Также для обучения будут использоваться данные миссий NASA, что значительно улучшит точность и прогнозирование солнечных явлений.

«Из-за различий в оборудовании наземных и космических обсерваторий сложно точно синхронизировать данные для обучения ИИ», — объясняет Джейсон Ван. «Современные системы могут предсказывать солнечные извержения на 24 часа вперёд. Мы надеемся, что благодаря SolarDM этот прогноз можно будет продлить до трёх дней».

Новая система ИИ сможет не только точно предсказывать, когда и где произойдут солнечные извержения, но и объяснять, как она делает свои прогнозы.

«Понимание того, как ИИ делает свои прогнозы, поможет глубже разобраться в физике этих мощных явлений», — добавляет Сюй.

Проект NJIT под названием «Генерация векторных магнитограмм в хромосфере и фотосфере с использованием ИИ для объясняемых прогнозов солнечных извержений» будет проходить с 15 сентября 2024 года по 31 августа 2027 года. Это часть программы NSF «Сотрудничество в области ИИ и геонаук», которая направлена на улучшение прогнозов природных катастроф и принятия решений в условиях изменения климата с помощью ИИ.