Mokslo ir technologijų pasaulis

Saulės audros gali sukelti betvarkę Žemėje, tačiau jeigu galėsime jas numatyti, svarbi infrastruktūra gali būti išgelbėta.

Ketvirtadienį, prieš pat vidurdienį, 1859-ųjų rugsėjo pirmąją, anglų astronomas Ričardas Karingtonas (Richard Carrington) tapo didžiausio užfiksuoto Saulės žybsnio liudininku. Maždaug po 18 valandų Žemę pasiekė intensyvi magnetinė audra. Telegrafo linijose indukuota srovė visoje Europoje ir Šiaurės Amerikoje įžiebė gaisrus.

Jei 1859-ųjų įvykis pasikartotų šiandien, jis galėtų sunaikinti mūsų technologinę infrastruktūrą. Tad mokslininkai pasitelkia automatinį vaizdų apdorojimą ir dirbtinį intelektą, norėdami geriau numatyti Saulės elgesį ir duoti mums laiko pasirengti galimai Saulės agresijai.

Per pastaruosius du dešimtmečius Žemę plakė keletas įvairaus stiprumo saulės žybsnių ir magnetinių audrų. Saulės žybsniai yra rentgeno, gama ir kietųjų ultravioletinių spindulių pliūpsniai, galintys suniokoti elektros tinklus, iškepti palydovų elektroniką ir sukelti pavojų kosmose esantiems astronautams. Rizikuotų net virš ašigalių skrendančių lėktuvų pilotai ir keleiviai. Vainiko masės išvarža (VMI), sukelianti magnetines audras, gali smogti arčiau namų.

Įspėti iš anksto, palydovų operatoriai galėtų išjungti jautrią aukštos įtampos elektroniką, astronautai galėtų vengti buvimo atvirame kosmose ar net prisidengti nuo radiacijos skydais, o lėktuvai atidėtų poliarinius skrydžių maršrutus. Saulės observatorijos, nuolatos ją stebinčios, turėtų sugebėti mus įspėti apie gresiančią ataką. Bet gausią iš teleskopų plūstančią informaciją labai sunku analizuoti.

Štai todėl Pietas Martensas iš Montanos valstijos universiteto Bozemane ir jo komanda ketina automatizuoti Saulės tyrimus. Komanda savo pastangas kreipia į duomenis, gaunamus iš NASA Saulės dinamikos observatorijos (SDO), paleistos 2010 metų vasario 11 dieną ir dabar skriejančios 36 000 kilometrų aukštyje virš Žemės, sinchroniškai su Saule.

Įrenginys fotografuoja Saulės paviršių ir atmosferą 10-yje skirtingų bangos ilgių ruožų ir nuotraukų rinkinį siunčia kas 12 sekundžių. „Per tas 12 sekundžių reikia sugebėti viską atpažinti“, - sako astronomas Jamesas McAteeris iš Niu Meksiko valstijos universiteto Las Kruse. „Antraip užsiverstum neatliktais darbais ir niekaip neprisivytum“. Per dieną šis duomenų kalnas išauga iki 1,5 terabaito.

Be to, kad reikia suspėti su siunčiamų duomenų srautu, atpažinti Saulės paviršiaus ypatybes yra labai sunku. „Saulė yra iššūkis automatizuotai atvaizdų analizei“, - pastebi Erwinas Verwichte'as ir Vorviko universiteto Koventryje, JK. „Saulės atmosfera yra perregima, tad įvairių reiškinių vaizdai persikloja, sumaišydami paveiksliuką.“

Tad Martensas, McAteeris ir jų kolegos Saulės paviršiaus ypatybių automatiniam identifikavimui sukūrė 15 programų, naudojančių vaizdų apdorojimo technikas, pavyzdžiui kontūro ar krašto atpažinimą (arxiv.org/abs/1109.6922). Kiekviena programa ieško skirtingų Saulės aktyvumo aspektų. Tarp jų žybsniai ir VMI, taip pat kiti bruožai, galintys nurodyti neišvengiamus žybsnius ar išsiveržimus, pavyzdžiui gijas, kurios yra plazmos pluoštai, laikomi magnetinio lauko linijų, vainikinės kilpos ir saulės dėmės.

Rezultatai galėtų pateikti Saulės fizikos įžvalgų, pavyzdžiui, apie jos ciklą. Ši periodinė kaita Žemę pasiekiančio spinduliavimo kiekį keičia maždaug kas 11 metų, tačiau yra labai nepunktuali. Tyrimas taip pat leis astronomams kruopščiai ištirti Saulės paviršių ir pastebėti kiekvieną reiškinį prognozuojančius įvykius.

Kol kas tyrėjai sukūrė atskiras programas kiekvieno reiškinio tyrimui, o dabar reikia bendros sistemos. „Jos kūrimas negalės trukti ilgai“, - pastebi Martensas.

Norėdama apibendrinti procesą, jo komanda naudoja būdus, sukurtus krūties auglių atpažinimui. Tam 1,6 milijono pikselių vaizdas suskaidomas į 1024 blokus. Programinė įranga suskaičiuoja kiekvieno bloko matematinius parametrus, pavyzdžiui, entropiją (chaotiškumo lygį vaizde). Taip vaizdai paverčiami skaičių sekomis. Krūtų atvaizduose ši technika naudojama krūtų audinio, turinčio tam tikras auglio charakteristikas, išryškinimui. Martenso komanda tai daro su SDO atvaizdais, mokindami programas atpažinti Saulės dėmių, gijų ir kitų Saulės paviršiaus darinių charakteristikas.

Ši programinė technika gali būti naudojama ir su dar neatrastais dariniais. Naujas „parašas“ gali būti palygintas su archyviniais atvaizdais, tikrinant ar jis kada nors jau buvo pasirodęs ir tada naudojamas, kaip nuoroda ateities įvykiams. McAteeras mano, kad su tokiais duomenimis Saulės fizikai pagaliau galės tiksliai sukalibruoti empirinį mokslą.

Šios technikos taps dar svarbesnės, prisijungus didesnėms Saulės observatorijoms, pavyzdžiui Pažangios technologijos Saulės teleskopas (Advanced Technology Solar Telescope), kuris bus pastatytas Havajuose vėliau šį dešimtmetį ir Europos Kosmoso agentūros Saulės palydovas (European Space Agency's Solar Orbiter), numatomas paleisti 2017.

Mums, ant žemės naudojantiems GPS įrenginius ir gyvenantiems po elektros kabeliais, tikslus Saulės pykčio protrūkių numatymas negali būti pernelyg ankstyvas.

Anil Ananthaswamy, New Scientist 2011-12-10 psl. 21