ШІ формує майбутнє космічної погоди

NASA у співпраці з IBM та науковими партнерами презентували Surya – нову базову модель штучного інтелекту, створену для аналізу та прогнозування сонячної активності. Модель навчалася на даних, зібраних за дев’ять років безперервних спостережень із обсерваторії Solar Dynamics Observatory, і демонструє, як сучасні ШІ-технології здатні змінити підходи до геліофізики та прогнозування космічної погоди.

Surya побудована на архітектурі foundation model, яка навчається безпосередньо на “сирих” даних і не вимагає обширного маркування датасетів. Її структура поєднує спектральні блокові шари та трансформер з довготривалою та короткостроковою пам’яттю, завдяки чому модель може виявляти як довгострокові сонячні цикли, так і короткочасні явища, зокрема сонячні плями та спалахи.

За попередніми оцінками, Surya підвищує точність прогнозування сонячних спалахів на 16% порівняно з попередніми моделями. Система здатна створювати візуальні прогнози за 2 години наперед і передбачати швидкість сонячного вітру на 4 дні вперед. Це робить модель цінним інструментом для передбачення космічних погодних явищ, які можуть вплинути на супутники, електромережі, навігаційні системи та пілотовані космічні місії.

Surya була протестована за чотирма основними напрямами:

• Прогнозування появи активних регіонів – створення 24-годинних прогнозів щодо нових сонячних областей.
• Прогнозування сонячних спалахів – оцінка ймовірності потужних спалахів протягом наступної доби.
• Прогнозування швидкості сонячного вітру – розрахунок умов сонячного вітру, що критично важливо для роботи супутників та стабільності електромереж.
• Прогнозування спектра EUV – моделювання випромінювання Сонця для кращого розуміння його впливу на атмосферу Землі.

Універсальність моделі підкреслює її потенціал не лише для геліофізики, а й у ширшому науковому контексті. Архітектура Surya може бути адаптована для планетарних досліджень, моніторингу Землі та інших галузей.

Розробка Surya велася під керівництвом команди IMPACT (NASA’s Interagency Implementation and Advanced Concepts Team) у Центрі космічних польотів ім. Маршалла в рамках ініціативи “Штучний інтелект для науки” (AI for Science). До проєкту долучилися наукові центри NASA, IBM Research, Південно-західний дослідницький інститут, Інститут SETI та провідні університети по всій території США.

Команді довелося подолати серйозні технічні труднощі, зокрема обмеження пам’яті та необхідність поєднати моделювання з урахуванням частоти та часових рядів. Завдяки співпраці інженерів ШІ та геліофізиків вдалося створити систему, здатну аналізувати як дрібні просторові деталі, так і довгострокову динаміку процесів на Сонці.

Модель Surya та набори даних для її навчання доступні на платформах Hugging Face та GitHub, що забезпечує відкритий доступ для дослідників, викладачів та студентів у всьому світі. Навчання підтримується в рамках ініціативи National AI Research Resource (NAIRR) Pilot, яку очолює Національний науковий фонд США (NSF), за участі компанії NVIDIA та інших партнерів.

Окрім своєї ролі у розвитку геліофізики, Surya також сприяє сталому розвитку, зміцнюючи стійкість технологій, що лежать в основі сучасного суспільства. Точні прогнози космічної погоди допомагають захистити інфраструктуру відновлюваної енергетики, енергомережі та глобальні системи зв’язку від сонячних збурень. Це знижує ризики аварій та вплив на навколишнє середовище від пошкодженого обладнання, сприяючи стабільності енергетичних мереж та розвитку зелених технологій.

Surya є частиною більш широкої стратегії NASA “5+1” у сфері штучного інтелекту, яка спрямована на розробку базових моделей для кожної з основних галузей досліджень NASA, а також великої мовної моделі для їхнього об’єднання. Такий підхід дозволяє швидше відкривати нові знання, покращувати прогнозування та підвищувати стійкість до ризиків, які пов’язані з космічною погодою.