ИИ-моделирование магнитного поля Солнца повышает точность прогнозов космической погоды

Исследователи из Института астрономии Гавайского университета (IfA) разработали методологию, использующую искусственный интеллект для создания трехмерных карт магнитного поля Солнца с повышенной детализацией. Эта разработка призвана обеспечить поддержку научных изысканий, использующих данные, поступающие с телескопа Дэниела К. Иноуэ (DKIST). Результаты работы были опубликованы в издании «The Astrophysical Journal».

Ведущий научный сотрудник, докторант IfA Кай Янг, отметил критическую важность этого достижения, особенно в контексте текущего периода, поскольку Солнце остается мощным источником космической погоды, способным нарушить функционирование земных технологий. Магнитное поле Солнца является движущей силой взрывных явлений, таких как солнечные вспышки и корональные выбросы массы (КВМ), которые представляют угрозу для спутниковых систем, энергетических сетей и глобальных коммуникаций.

Традиционные методы измерения солнечного магнитного поля сталкиваются с фундаментальными трудностями, включая неопределенность в определении направления наклона поля (направлено ли оно к нам или от нас) и сложность в установлении истинной высоты магнитных структур. Эти ограничения затрудняли построение точных трехмерных моделей, необходимых для надежного прогнозирования.

Для преодоления этих барьеров команда разработала систему машинного обучения под названием «Декодер разрешения Халеакала» (Haleakalā Disambiguation Decoder). Этот алгоритм объединяет эмпирические наблюдательные данные с физическим законом о том, что магнитные поля формируют замкнутые непрерывные петли. Такое физическое ограничение позволяет системе ИИ разрешать 180-градусную азимутальную неоднозначность в определении направления поля и с высокой точностью оценивать истинную высоту магнитных слоев.

Эффективность метода подтверждена на сложных компьютерных моделях, охватывающих спокойные области, активные зоны и солнечные пятна. Усовершенствованная способность ИИ интерпретировать данные особенно ценна в свете получения изображений сверхвысокого разрешения от телескопа DKIST, расположенного на вершине Мауна-Кеа на Гавайях. Использование «Декодера разрешения Халеакала» позволяет ученым создавать более достоверную трехмерную карту солнечной магнитосферы и выявлять векторные электрические токи в солнечной атмосфере, что обеспечивает более четкое понимание механизмов, запускающих мощные солнечные извержения.

Повышение точности прогнозов космической погоды имеет практическое значение. Текущий Солнечный цикл 25, начавшийся в декабре 2019 года, по пересмотренным прогнозам NOAA, должен достичь максимума активности в период между ноябрем 2024 и мартом 2026 года. Улучшенное понимание триггеров солнечных событий, достигаемое благодаря этой ИИ-технологии, критически важно для заблаговременного оповещения и защиты инфраструктуры. Масштаб вычислительной работы подчеркивается данными проекта SPIn4D, включающими 120 терабайт симулированных наблюдений, созданных с использованием более 10 миллионов часов процессорного времени на суперкомпьютере NSF Cheyenne.