Солнце — источник жизни на Земле и главный двигатель всех процессов в нашей планетной системе. Однако его природа до сих пор остается загадкой для ученых. Российские исследователи в сотрудничестве с международными коллегами сделали важный шаг в изучении нашей «дневной звезды». Они разработали методику, позволяющую использовать искусственный интеллект (ИИ) для анализа данных о Солнце. Это открытие может помочь предсказать солнечные вспышки и глубже понять природу солнечной активности.
Золотой век гелиофизики
Современные технологии позволили ученым наблюдать Солнце с беспрецедентной точностью. Космические обсерватории, наземные телескопы и другие инструменты предоставляют огромное количество данных. Однако работа с этими данными сталкивается с рядом сложностей. Различные инструменты регистрируют информацию по-разному: одни фиксируют магнитные поля, другие — температуру или излучение. Все это требует тщательной калибровки и унификации, чтобы данные можно было сравнивать и интерпретировать.
«Мы живем в золотой век космической гелиофизики», — говорит астрофизик Татьяна Подладчикова, кандидат технических наук, доцент и директор Центра системного проектирования Сколтеха. По ее словам, новые технологии позволяют получать данные высочайшего качества, но их анализ остается сложной задачей.
Как ИИ помогает расшифровать язык Солнца
Ключевым элементом исследования стала идея использования генеративных состязательных сетей (GAN) . Этот метод заключается в том, что два ИИ «соревнуются» друг с другом: один искусственно ухудшает изображение, а другой пытается его восстановить до эталонного уровня. В результате шумные и разрозненные данные превращаются в четкие изображения, которые можно сравнивать независимо от того, каким инструментом они были получены.
«Авторы разработали метод, позволяющий обучать ИИ на разнородных данных без строгого временного или пространственного совпадения между наблюдениями», — объясняет Татьяна Подладчикова. Для этого потребовалось создать «Розеттский камень» — эталонный набор данных, который служил бы основой для сравнения. В качестве такого эталона выступили лучшие современные космические телескопы.
Эпоха исторических наблюдений
Одним из самых интересных аспектов исследования является возможность соединить современные данные с историческими наблюдениями. Ученым удалось объединить 24 года наблюдений за Солнцем, что охватывает два полных 11-летних цикла солнечной активности. Однако вопрос о том, как работать с более старыми данными, остается открытым.
В XVIII–XIX веках астрономы делали зарисовки солнечных пятен, которые сегодня кажутся неточными и нестандартизированными. Тем не менее, теоретически ИИ можно научить анализировать эти рисунки. «Модель обучена на цифровых данных современных инструментов, а старые рисунки не обладают необходимой стандартизацией и точностью. Чтобы методика работала, потребуются значительные усилия по цифровой обработке, калибровке и созданию обучающей выборки», — уточняет Татьяна Подладчикова.
Связь солнечной активности и климата
Одной из самых обсуждаемых тем в гелиофизике является связь солнечной активности с климатическими изменениями. Исторические периоды, такие как Маундеровский минимум (1645–1715 годы), когда солнечных пятен практически не наблюдалось, часто связывают с Малым ледниковым периодом. Однако современная наука пока не подтверждает эту связь.
«Солнце светит постоянно, обеспечивая Землю стабильным притоком энергии и тепла, независимо от фазы солнечного цикла», — говорит Татьяна Подладчикова. Светимость Солнца меняется не более чем на 1%, что оказывает незначительное влияние на общий климат. Именно солнечная постоянная , составляющая 1367 ватт на квадратный метр, обеспечивает стабильность, необходимую для поддержания климата на Земле.
Нынешний солнечный цикл: экстремальный или обычный?
Сегодня мы наблюдаем максимум текущего 11-летнего цикла солнечной активности. В блогах и СМИ часто можно встретить тревожные заголовки о рекордном количестве солнечных вспышек и полярных сияний. Однако ученые считают, что этот цикл не является исключительным.
«Дебаты относительно силы нынешнего цикла сняты благодаря наблюдениям за солнечными пятнами, которые подтверждают повышение активности по сравнению с предыдущим циклом», — говорит Татьяна Подладчикова. Несмотря на это, текущий максимум нельзя назвать экстремальным. Были и более мощные циклы в истории наблюдений.
Перспективы предсказания солнечных вспышек
Одной из главных целей исследования является создание системы прогнозирования солнечных вспышек. Хотя текущая методика еще не позволяет делать точные прогнозы, она решает ключевую проблему — фрагментарность данных. Преобразуя наблюдения из разных инструментов в единый формат, ИИ может обучаться на согласованном массиве данных, что значительно повышает точность анализа.
«Предложенная методика — это не оракул, но она создает фундамент, на котором может быть построен оракул», — подчеркивает Татьяна Подладчикова. Ученые надеются, что в будущем ИИ сможет предсказывать солнечные вспышки с высокой точностью, что поможет защитить спутники, энергосистемы и другие критически важные инфраструктуры.
Международное сотрудничество и будущее исследований
Научные исследования, особенно в области космической гелиофизики, давно перестали быть уделом отдельных стран. Современные проекты требуют объединения усилий специалистов из разных уголков мира. В данном исследовании российские ученые работали совместно с коллегами из Грацского университета (Австрия) и Высокогорной обсерватории Национального центра атмосферных исследований США (HAO NSF NCAR) . Такое международное сотрудничество стало ключевым фактором успеха.
«Плодотворное сотрудничество между людьми было и будет всегда!» — уверена Татьяна Подладчикова. По ее словам, крупные задачи, стоящие перед человечеством, невозможно решить в одиночку. Особенно это актуально для космических исследований, где требуется объединение ресурсов, технологий и знаний.
Открытые системы и самоорганизация
Татьяна Подладчикова подчеркивает важность открытых систем в науке. В отличие от закрытых систем, где хаос и неопределенность достигают максимума, открытые системы взаимодействуют с внешним миром, создавая гармонию и порядок. «Энтропия минимальна в таких системах, и здесь царит самоорганизация», — говорит она.
Примером успешной открытой системы является язык программирования Python , который стал основой для множества научных исследований. Благодаря открытым исходным кодам и глобальному сообществу разработчиков, Python продолжает развиваться, предоставляя ученым мощные инструменты для анализа данных.
Магнитные бури и их влияние на жизнь
Одним из практических применений нового метода может стать прогнозирование магнитных бурь. Эти явления, вызванные солнечными вспышками, могут нарушать работу спутников, энергосистем и даже влиять на здоровье людей. Например, в период с 28 апреля по 4 мая 2025 года ожидаются сильные магнитные бури, которые могут осложнить праздничные дни для многих людей.
«Сегодня уже существуют работающие системы прогнозирования геомагнитных бурь, но новые методы машинного обучения открывают перспективы для дальнейшего прогресса», — добавляет Татьяна Подладчикова. ИИ поможет не только предсказывать такие события, но и минимизировать их последствия.
Будущее исследований Солнца
Разработанная методика — это лишь первый шаг на пути к более глубокому пониманию нашей «дневной звезды». Ученые надеются, что в будущем ИИ сможет не только анализировать данные, но и предсказывать солнечные вспышки с высокой точностью. Это позволит защитить критически важные инфраструктуры и лучше подготовиться к космическим погодным явлениям.
«Мы движемся к реализации давней мечты: научиться предвидеть бурный характер Солнца заранее и с уверенностью», — говорит Татьяна Подладчикова. Хотя современные технологии еще не позволяют делать точные долгосрочные прогнозы, новая методика создает фундамент для будущих открытий.
Вклад российских ученых
Российские исследователи играют важную роль в развитии гелиофизики. Их работа демонстрирует, что искусственный интеллект — это не повод для беспокойства, а мощный инструмент, который служит человечеству. «Мы используем ИИ для того, чтобы лучше понимать природу Солнца и защищать нашу планету», — подчеркивает Татьяна Подладчикова.
Заключение
Исследование Солнца — это не только научный интерес, но и практическая необходимость. Новый метод анализа данных с помощью ИИ позволяет объединить разрозненные наблюдения и создать единую картину солнечной активности. Это открывает новые горизонты для предсказания солнечных вспышек, изучения исторических данных и понимания влияния Солнца на климат Земли.
Международное сотрудничество и открытые системы становятся ключевыми факторами успеха в современной науке. Российские ученые, работая вместе с коллегами из других стран, вносят значительный вклад в развитие гелиофизики. Будущее исследований Солнца выглядит многообещающим, и ИИ станет незаменимым помощником в этом пути.