Un recente algoritmo di “apprendimento profondo”, nonostante non abbia una conoscenza innata della fisica solare, potrebbe fornire previsioni più accurate su come il Sole influisce sul nostro pianeta rispetto agli attuali modelli basati sulla comprensione scientifica.
Per decenni, le persone hanno cercato di prevedere l’impatto del Sole sull’atmosfera del nostro pianeta. Fino ad ora, algoritmi basati sulla fisica solare sono stati utilizzati per prevedere la densità mobile dell’atmosfera terrestre.
Ma con così tante variabili che influenzano gli strati complessi e dinamici di gas attorno alla Terra, l’Intelligenza Artificiale (AI) potrebbe fornire reali miglioramenti in quest’area grazie alla sua capacità di gestire dati molto più complessi, con importanti implicazioni per il modo in cui pilotiamo le missioni nell’orbita terrestre .
Il sole è un vero ostacolo
Le condizioni nello spazio variano a seconda degli sbalzi d’umore del Sole, noti come “spazio meteorologico”. Il Sole emette radiazioni in un flusso costante, ma a volte emette anche esplosioni violente di particelle ad alta energia che possono colpire direttamente il nostro pianeta. Queste particelle causano tempeste geomagnetiche – disturbi temporanei nel campo magnetico protettivo della Terra.
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L’atmosfera terrestre è anche colpita da queste esplosioni, poiché tempeste geomagnetiche e aumento della luce ultravioletta riscaldano l’atmosfera superiore, causandone l’espansione.
All’aumentare dell’aria riscaldata, la sua densità in orbite fino a 1000 km aumenta e i satelliti nelle vicinanze sperimentano più resistenza o “trascinamento”, causando loro di rallentare e spostare l’orbita.
Senza intervento, come sparare i propulsori per tenerli in alto, i satelliti cadono lentamente sulla Terra e si bruciano nell’atmosfera. Al controllo della missione, stiamo regolarmente sollevando l’orbita della nostra flotta di esploratori della Terra.
Il miglioramento di queste previsioni consentirebbe agli operatori di pianificare cicli più lunghi e più accurati di manovre di correzione, il che significa che sarebbero necessari meno lanci del propulsore, aumentando il tempo che i satelliti possono impiegare per raccogliere dati scientifici.
Vitalmente, aumenterebbe anche la nostra conoscenza della futura posizione del veicolo spaziale, in modo da poter prevedere con maggiore precisione le possibilità di collisioni nello spazio, aiutandoci a proteggere il nostro veicolo spaziale nell’attuale ambiente di detriti spaziali.
Previsioni atmosferiche
Sono necessari due fattori importanti per fare previsioni atmosferiche: l’indice solare e l’indice geomagnetico. Entrambe le misurazioni sono prese dalla Terra e raccolte in diversi punti del globo.
L’indice solare proviene da quello che viene chiamato “10 .7cm Solar Radio Flux” – la quantità di luce emessa dal Sole con una lunghezza d’onda di 10,7 cm. “F10.7”, come è anche noto, è un eccellente indicatore dell’attività solare e, poiché può essere osservato in tutte le condizioni meteorologiche, è possibile effettuare misurazioni ogni giorno, in caso di pioggia o sole.
L’indice geomagnetico viene utilizzato per caratterizzare la dimensione delle tempeste nel campo magnetico terrestre, causate dall’attività del Sole. Tali tempeste possono interrompere gravemente le reti elettriche, le operazioni dei veicoli spaziali, i segnali radio e, naturalmente, la bella aurora boreale ai poli.
“Osserviamo il passato, ma possiamo solo prevedere il futuro”, afferma Pere Ramos Bosch, ingegnere di Flight Dynamics presso il centro operativo ESOC dell’ESA.
“Attualmente utilizziamo un algoritmo sviluppato molto tempo fa, che prende l’evoluzione dei valori di F10.7 e degli indici geomagnetici degli anni precedenti, nonché la conoscenza della fisica solare e atmosferica, per fare previsioni per i prossimi 27 giorni.”
Tuttavia, le previsioni attuali sono in genere piuttosto imprecise. Sebbene non abbiamo ancora perso una missione, la nostra mancanza di comprensione di come i cambiamenti della densità atmosferica siano la principale fonte di errore quando si tratta di satelliti volanti in orbita terrestre bassa, come la missione del vento di Eolo e la serie di esploratori della Terra di Sentinel.
L’intelligenza artificiale potrebbe fare la differenza?
L’ESA sta ora testando un algoritmo completamente diverso che utilizza gli stessi dati misurati dal Sole e dalla Terra, ma ignora del tutto la fisica e utilizza invece il “deep learning”. I team sperano che utilizzerà la sua “memoria a breve termine” per riconoscere relazioni e schemi complessi che noi umani non siamo in grado di rilevare.
“Stiamo per iniziare a ottenere risultati, ma sembra che l’IA stia dimostrando di utilizzare al meglio i dati disponibili”, afferma David Remili, tirocinante nazionale lussemburghese del gruppo ESA per l’Intelligenza Artificiale e l’Innovazione operativa a cui è stato assegnato il compito di sviluppare l’IA strumento di previsione.
“È un privilegio ricevere le risorse per combinare AI e astrofisica e, in definitiva, avere un impatto positivo sul modo in cui vengono svolte le missioni spaziali.”
Finora lo strumento AI sembra promettente, ma resta sintonizzato per scoprire quale algoritmo predice meglio il futuro e se possiamo usare queste nuove capacità informatiche per comprendere meglio le interazioni tra il Sistema solare e la nostra casa.
Pericolo solare
La futura missione Lagrange dell’ESA per monitorare il Sole
La futura missione Lagrange dell’ESA seguirà costantemente il Sole. Il satellite, situato al quinto punto di Lagrange, invierà un avviso tempestivo di attività solare potenzialmente dannosa prima che colpisca i satelliti in orbita o le reti elettriche a terra, dando agli operatori il tempo di agire per proteggere le infrastrutture vitali.
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