ИИ формирует будущее космической погоды
NASA в сотрудничестве с IBM и научными партнерами представили Surya – новую базовую модель искусственного интеллекта, созданную для анализа и прогнозирования солнечной активности. Модель обучалась на данных, собранных за девять лет непрерывных наблюдений с обсерватории Solar Dynamics Observatory, и демонстрирует, как современные ИИ-технологии способны изменить подходы к гелиофизике и прогнозированию космической погоды.
Surya построена на архитектуре foundation model, которая обучается непосредственно на “сырых” данных без необходимости обширной разметки датасетов. Ее структура сочетает спектральные блочные слои и трансформер с долговременной и краткосрочной памятью, благодаря чему модель может обнаруживать как длительные солнечные циклы, так и кратковременные явления, в частности солнечные пятна и вспышки.
По предварительным оценкам, Surya повышает точность прогнозирования солнечных вспышек на 16% в сравнении с предыдущими моделями. Система способна создавать визуальные прогнозы за 2 часа наперед и предсказывать скорость солнечного ветра на 4 дня вперед. Это делает модель ценным инструментом для предвидения космических погодных явлений, которые могут повлиять на спутники, энергосети, навигационные системы и пилотируемые космические миссии..
Surya была протестирована в четырех основных задачах:
- Прогнозирование появления активных регионов – создание 24-часовых прогнозов относительно новых солнечных областей.
- Прогнозирование солнечных вспышек – оценка вероятности мощных вспышек в течение следующих суток.
- Прогнозирование скорости солнечного ветра – расчет условий солнечного ветра, что критически важно для работы спутников и стабильности энергосистем.
- Прогнозирование спектра EUV – моделирование излучения Солнца для лучшего понимания его влияния на атмосферу Земли.
Универсальность модели подчеркивает ее потенциал не только для гелиофизики, но и в более широком научном контексте. Архитектура Surya может быть адаптирована для планетарных исследований, мониторинга Земли и других направлений.
Разработка Surya велась под руководством команды IMPACT (NASA’s Interagency Implementation and Advanced Concepts Team) в Центре космических полетов им. Маршалла в рамках инициативы “Искусственный интеллект для науки” (AI for Science). В проекте участвовали научные центры NASA, IBM Research, Юго-западный исследовательский институт, Институт SETI и ведущие университеты по всей территории США.
Команде пришлось преодолеть серьезные технические трудности, в частности ограничения памяти и необходимость совместить моделирование с учетом частоты и временных рядов. Благодаря сотрудничеству инженеров ИИ и гелиофизиков удалось создать систему, способную анализировать как мелкие пространственные детали, так и долгосрочную динамику процессов на Солнце.
Модель Surya и наборы данных для ее обучения доступны на платформах Hugging Face и GitHub, что обеспечивает открытый доступ для исследователей, преподавателей и студентов во всем мире. Обучение поддерживается в рамках инициативы National AI Research Resource (NAIRR) Pilot, под руководством Национального научного фонда США (NSF) при участии компании NVIDIA и других партнеров.
Помимо своей роли в развитии гелиофизики, Surya также способствует устойчивому развитию, повышая надежность технологий, от которых зависит современное общество. Точные прогнозы космической погоды помогают защитить инфраструктуру возобновляемой энергетики, энергосети и глобальные системы связи от солнечных возмущений. Это снижает риски аварий и воздействие на окружающую среду от поврежденного оборудования, способствуя стабильности энергетических сетей и развитию зеленых технологий.
Surya является частью более широкой стратегии NASA “5+1” в области искусственного интеллекта, которая направлена на разработку базовых моделей для каждой из ключевых областей исследований NASA, а также большой языковой модели для их объединения. Такой подход позволяет быстрее открывать новые знания, улучшать прогнозирование и повышать устойчивость к рискам, связанным с космической погодой.