電腦可以幫我們預測太空天氣嗎?

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 24 日 8:54 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


如果我們想預測從太陽朝向地球噴發的高能粒子,以及它們引發的劇烈地磁風暴,追蹤太陽高層大氣的「日冕洞」是最好的方法。最近有研究團隊測試以電腦視覺──機器學習方法訓練電腦辨識這些模式。

太陽的大氣日冕並非均勻分布,不同位置及時間推移,日冕密度和外觀都會發生變化,某些區域看起來更亮,其他區域則形成昏暗的日冕洞。

日冕洞代表此處電漿密度較低,這裡的磁場向外太空開放射出,而不是封閉向下回到太陽內部。這些區域的開放磁場為太陽風(高能粒子)提供脫離太陽的出口。

▲ 日冕洞(B)附近的磁場為開放向外。(Source:Sebman81, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

因此日冕洞的形成和演化、位置和大小,對預測太陽風和預測太空天氣非常重要。此外,追蹤太陽週期日冕洞可觀察磁場如何影響太陽活動,甚至可幫助我們預測即將發生的太陽活動。

最近的研究中,俄羅斯莫斯科州立大學 Egor Illarionov 等嘗試使用類神經網路處理大量太陽影像。Illarionov 團隊使用處理過的太陽全球平面圖當訓練集,放入設計後的卷積神經網路(非常擅長分析影像的深度學習演算法)學習辨識日冕洞。卷積神經網絡的優勢在於,不需要人類先描述目標(日冕洞)特徵,能自行學習,只要有足夠訓練時間,便能辨識其他照片的日冕洞。

研究團隊使用這種方法構建一份 2010~2020 年的日冕洞目錄,他們也將演算法的程式碼和產生的日冕洞目錄開源。如果訓練樣本夠多,未來這方法對太空天氣甚至太陽活動的預測將更準確。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA