هوش مصنوعی و نجوم: شبکه‌های عصبی مشاهدات خورشیدی را شبیه‌سازی می‌کنند
توسط دانشگاه هاوایی در مانوآ
حلقه‌های پلاسمایی بالای لکه‌های خورشیدی در نور فرابنفش مشاهده می‌شوند. اعتبار: DKIST/NSO/AURA/NS
تحقیقات انجام شده توسط ستاره‌شناسان و دانشمندان کامپیوتر در مؤسسه نجوم دانشگاه هاوایی (IfA) می‌تواند تحول عظیمی در درک ما از خورشید ایجاد کند. این مطالعه که بخشی از پروژه "SPIn4D" است، نجوم خورشیدی پیشرفته را با علوم کامپیوتری پیشرفته ترکیب می‌کند تا داده‌های بزرگ‌ترین تلسکوپ خورشیدی زمینی جهان، واقع در قله Haleakalā در مائویی، را تحلیل کند.
این تحقیق که به‌تازگی در مجله The Astrophysical Journal منتشر شده است، بر توسعه مدل‌های یادگیری عمیق متمرکز است که قادر به تحلیل سریع حجم عظیمی از داده‌های تلسکوپ خورشیدی دنیل کی. اینوی (NSF) هستند. هدف این است که با استفاده از این داده‌ها، پیشرفت‌هایی چشمگیر در سرعت، دقت و گستره تحلیل داده‌های خورشیدی به دست آید.
هدف مطالعه: درک بهتر طوفان‌های خورشیدی
کای یانگ، یک پژوهشگر فوق دکتری در IfA که هدایت این پروژه را بر عهده دارد، گفت:
"طوفان‌های بزرگ خورشیدی علاوه بر ایجاد شفق‌های زیبا، می‌توانند خطراتی برای ماهواره‌ها، ارتباطات رادیویی و شبکه‌های برق ایجاد کنند. درک بهتر محل تولد آن‌ها، یعنی جو خورشیدی، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است."
وی اضافه کرد:
"ما از شبیه‌سازی‌های پیشرفته برای تقلید از مشاهداتی که تلسکوپ اینوی خواهد داشت، استفاده کردیم. ترکیب این داده‌ها با یادگیری ماشینی فرصتی ارزشمند برای کاوش در جو سه‌بعدی خورشید تقریباً در زمان واقعی فراهم می‌کند."
قدرت تلسکوپ اینوی
تلسکوپ خورشیدی اینوی که توسط رصدخانه ملی خورشیدی (NSO) اداره می‌شود، قوی‌ترین تلسکوپ خورشیدی جهان است. این تلسکوپ در ارتفاع ۱۰ هزار فوتی قله Haleakalā قرار دارد که در زبان محلی به معنای "خانه خورشید" است. ابزارهای این تلسکوپ برای اندازه‌گیری میدان مغناطیسی خورشید با استفاده از نور قطبیده طراحی شده‌اند و پروژه SPIn4D به‌طور خاص برای استفاده از این داده‌ها راه‌اندازی شده است که فقط از طریق ابزارهای این تلسکوپ قابل دستیابی هستند.
تحقیقات نوآورانه خورشیدی
تیمی از دانشمندان NSO و رصدخانه ارتفاعات بالا (HAO) از شبکه‌های عصبی عمیق برای تخمین ویژگی‌های فیزیکی فوتوسفر خورشید از مشاهدات با وضوح بالای تلسکوپ اینوی استفاده می‌کنند. این روش وعده داده است که تحلیل حجم عظیم داده‌های تولیدشده توسط این تلسکوپ را که می‌تواند به ده‌ها ترابایت در روز برسد، به‌طور قابل توجهی تسریع کند.
پیتر سادوسکی، دانشیار دپارتمان علوم اطلاعات و کامپیوتر UH Mānoa و یکی از نویسندگان مقاله، گفت:
"یادگیری ماشینی در ارائه تقریب‌های سریع برای محاسبات پیچیده بسیار خوب عمل می‌کند. در این مورد، مدل امکان مشاهده جو خورشید در زمان واقعی را برای ستاره‌شناسان فراهم می‌کند، به جای اینکه چند ساعت برای دستیابی به همان دقت منتظر بمانند."
شبیه‌سازی خورشید
برای آموزش مدل‌های هوش مصنوعی، تیم تحقیقاتی مجموعه داده‌ای گسترده از مشاهدات خورشیدی شبیه‌سازی‌شده تولید کرده‌اند. با استفاده از بیش از ۱۰ میلیون ساعت پردازش CPU در ابررایانه NSF به نام Cheyenne، آن‌ها ۱۲۰ ترابایت داده شبیه‌سازی‌شده با وضوح بسیار بالا ایجاد کرده‌اند که تقلیدی از مشاهدات تلسکوپ اینوی است.
این تیم قبلاً یک زیرمجموعه ۱۳ ترابایتی از داده‌های خود را به همراه یک آموزش دقیق به‌صورت عمومی منتشر کرده‌اند. همچنین قصد دارند مدل‌های یادگیری عمیق آموزش‌دیده خود را به‌عنوان ابزاری عمومی برای تحلیل مشاهدات تلسکوپ اینوی منتشر کنند.