Satelity zasahujú do astronomických údajov – môže AI poskytnúť riešenie?

Satelity zasahujú do astronomických údajov – môže AI poskytnúť riešenie?

Astronómovia vyvinuli algoritmus strojového učenia, ktorý dokáže s vysokou presnosťou detegovať satelitné stopy na snímkach nočnej oblohy. Tento model uľahčuje interpretáciu údajov a mohol by umožniť odstránenie okrajov, ktoré čoraz viac spôsobujú problémy v astronómii.

Problémom bude technológia „Fotobomby“ z internetových komunikačných satelitov nemôžu vyriešiť, ale mohli by pomôcť znížiť ich vplyv na niektoré snímky teleskopov. Výskumníci prezentovali prácu na valnom zhromaždení Medzinárodnej astronomickej únie (IAU) v Kapskom Meste minulý mesiac.

„Strojové učenie a umelá inteligencia môžu pomôcť, pretože ak máte dostatok údajov, môžete klasifikovať, dobre, takto vyzerá satelit,“ hovorí Siegfried Eggl, astrofyzik z University of Illinois Urbana-Champaign. Ale počet štartov a vývoja satelitov sa deje „raňajkovým tempom“, dodáva, a výskumníci „robia všetko, aby to dohnali“.

Rastúca hrozba

Za posledných päť rokov vypustili spoločnosti ako SpaceX v Hawthorne v Kalifornii, Eutelsat OneWeb v Londýne a Amazon Project Kuiper v Redmonde vo Washingtone tisíce komunikačných satelitov na nízku obežnú dráhu Zeme. V pláne je mnoho ďalších, vrátane 12 000 satelitnej mega-konštelácie s názvom G60 Starlink, ktorú vypustí Shanghai Spacecom Satellite Technology v Číne. „V súčasnosti je v registri ambícií do budúcnosti asi milión satelitov,“ povedal Richard Green, riaditeľ Centra IAU pre ochranu tmavej a tichej oblohy pred interferenciou satelitných konštelácií, počas zasadnutia na Valnom zhromaždení IAU.

Tieto satelity poskytujú rýchly širokopásmový prístup k internetu ľuďom na celom svete, ale sú pre astronómov čoraz rušivejší — na oblohe sa javia ako jasné pruhy a môžu ovplyvniť pozorovania v celom elektromagnetickom spektre. Táto satelitná kontaminácia postihuje najmä citlivé teleskopy so širokými zornými poľami. Napríklad sa odhaduje, že nadchádzajúci teleskop Vera Rubin by mohol vidieť ohrozenú viac ako tretinu svojich snímok.

„Dnešná astronómia je veda zahŕňajúca veľké množstvo údajov a neexistuje žiadna ľudská bytosť, ktorá by sa mohla pozrieť na všetky snímky zaznamenané každú noc a vidieť pruhy,“ hovorí Eggl. "Tu môže pomôcť strojové učenie."

María Romero-Colmenares, dátová vedkyňa na Univerzite Atacama v Čile, vyvinula program na identifikáciu satelitných stôp na obrázkoch ďalekohľadu, trénovala riadený algoritmus strojového učenia na desiatkach tisíc snímok zhotovených sieťou ďalekohľadov v Čile, Španielsku, Mexiku, Vietname a Južnej Kórei. „Vedeli sme, kedy a kde [na oblohe] pozorovať satelit, a urobili sme jedno pozorovanie so satelitom a druhé bez neho,“ hovorí Romero-Colmenares a vytvoril rovnaký počet jasných a kontaminovaných snímok. Keď ona a jej kolegovia použili model na verejne dostupné údaje z projektov WASP (Wide Angle Search for Planets) a Maďarskej siete automatizovaných teleskopov, algoritmus bol schopný identifikovať 96 % satelitných stôp.

Detekcia pruhov je dôležitým krokom k ich odstráneniu z obrázkov a údajov, hovorí Jeremy Tregloan-Reed, astrofyzik z University of Atacama, ktorý na projekte spolupracoval s Romerom-Colmenaresom. Ďalšou výzvou bude vývoj nástrojov, ktoré dokážu skutočne odstrániť satelitné stopy pri zachovaní základných údajov. To je možné iba v prípadoch, keď satelit nie je taký jasný, že saturuje pixely obrazu a stráca sa v okolitých pixeloch, hovorí Tregloan-Reed. Ak dôjde k pretečeniu, základné údaje sa nedajú uložiť.

Vedci dúfajú, že do konca budúceho roka vyvinú aplikáciu a program s otvoreným zdrojom, ktorý umožní observatóriám a amatérskym astronómom identifikovať a vyčistiť kontaminované obrázky a údaje. Takéto opatrenia budú s najväčšou pravdepodobnosťou úspešné na malých ďalekohľadoch s kamerami s nízkou citlivosťou.

Hviezdne blesky

Iné formy satelitnej kontaminácie sa ešte ťažšie zvládajú. Keď solárne panely a iné ploché povrchy na satelitoch zachytávajú svetlo, vytvárajú blesky krátkodobé astronomické prechody podobné energetické výboje, ktoré môžu trvať od milisekúnd až rokov.

„Keďže sú tieto záblesky veľmi krátke, niekedy až milisekúndy, pohyb satelitu počas nich je zanedbateľný a získame dokonale hviezdny záblesk,“ hovorí Sergej Karpov, astronóm zo Stredoeurópskeho inštitútu kozmológie a základnej fyziky v Prahe. „Neexistuje žiadny skutočný spôsob, ako rozlíšiť tieto záblesky od astrofyzikálnych prechodných javov, ktoré chceme detekovať – okrem porovnania ich polohy priamo s katalógmi satelitných dráh,“ dodáva.

Elektronické zariadenia v satelitoch môžu tiež vyžarovať neúmyselné žiarenie, ktoré narúša pozorovania dosvitu Veľkého tresku, hovorí Eggl. Astronómovia dúfajú, že štúdium tohto žiarenia, známeho ako kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia, Odpovedzte na otázky o rozpínaní vesmíru sa stáva. Ďalšia generácia satelitov SpaceX, ktorú spoločnosť začala spúšťať minulý rok, vyžaruje asi 30-krát viac žiarenia ako predchádzajúca generácia. Tento typ žiarenia je neregulovaný a mohol by ohroziť celé pozorovacie pásma.

Eggl poukazuje na to, že nástroje AI v skutočnosti nedokážu zrekonštruovať stratené údaje a problém sa bude zhoršovať, keď bude vypustených viac satelitov. „Ak na Monu Lisu natriete bielou farbou, v určitom bode nebudete môcť nič urobiť, aj keď na všetkých da Vinciho dielach natrénujete algoritmus strojového učenia,“ hovorí Eggl. "Možno budete vedieť uhádnuť, ako by mohla maľba vyzerať, ale nikdy nedokážu zrekonštruovať údaje, ktoré stratíte."

1. Bassa, C.G. a kol. Astron. Astrophys. 689, L10 (2024).

   Článok
   Študovňa Google

Stiahnite si referencie