Solarne oluje, AI prognoze i kako jedno čestica može ugroziti avioniku i svemirske misije

U najnovijoj epizodi Lexicona razgovarali smo sa dr Lulu Zhao, docentkinjom za klimatske i svemirske nauke i inženjering na University of Michigan i rukovodiocem NASA-inog CLEAR Centra — Centra izvrsnosti za svemirsko vreme. Njeno istraživanje fokusira se na solarne energične čestice (SEPs) i njihov uticaj na savremenu tehnologiju, od avionike do satelita i bezbednosti astronauta.

Zašto je jedna čestica važna?

Dr Zhao objašnjava da visokoenergijske čestice sa Sunca i kosmički zraci mogu izazvati single-event upset — promeniti bit u mikročipu (bit-flip). Takav jedan bit-flip, ako pogodi kritični podatak, može izazvati ozbiljne softverske greške ili kvarove u kontrolnim sistemima.

Visokoenergijske čestice koje dolaze sa Sunca mogu uzrokovati bit-flipove u elektronskim sistemima. To je dobro proučavan efekat.

Da li je Airbus događaj povezan sa Suncem?

Dr Zhao i njen tim su analizirali podatke i nisu pronašli značajnu solarnu aktivnost u vremenu incidenta. Umesto toga, verovatniji uzrok su sekundarni kosmički zraci — stalni i retki događaji koji su teško predvidivi. Događaj se desio na niskim geografskim širinama, gde je Zemljino magnetsko polje najjače, pa bi za proboj bila potrebna čestica veoma velike energije — što čini takav pogodak "veoma nesrećnim" i retkim.

Šta su SEPs i kako utiču na tehnologiju?

SEPs su vrlo brze i energične čestice — protoni, elektroni i teži elementi poput helijuma, kiseonika ili gvožđa. Zbog malih masa i velikih energija, njihove brzine mogu dostići značajan deo brzine svetlosti; na primer, proton od ~400 MeV putuje veoma brzo i najbrže čestice stižu do Zemlje za desetak minuta.

Kada naelektrisana čestica pogodi mikročip, deponuje energiju koja može preokrenuti bit: nulu u jedinicu ili obrnuto. To objašnjava zašto su avioni na većim visinama i sateliti znatno izloženiji riziku, a polarni regioni još ranjiviji zbog slabije zaštite magnetnog polja.

Prognoze: zašto su teške i kako CLEAR radi na tome

Prognoziranje SEP događaja spada među najzahtevnije zadatke u svemirskim naukama. Flares i koronalne masovne izbacivanja (CME) ponekad proizvode SEPs, a ponekad ne — veza nije linearna niti pouzdana. SEPs su ređe i putuju brzo, pa ih nije moguće direktno posmatrati na Suncu jednostavnim pregledom.

CLEAR Centar kombinuje empirijske i fizikalne modele sa mašinskim učenjem i AI kako bi izdvojio kompleksne obrasce iz ogromnih datasetova. Dr Zhao napominje: Sunce se snima u 4Kx4K rezoluciji na mnogim talasnim dužinama svakih 12 minuta već više od 15 godina — obim podataka je previsok za ručnu analizu.

Model SOFI i cilj od 24 sata

Uz AI, CLEAR razvija fizički model nazvan SOFI čiji je cilj ne samo detekcija događaja, već i kvantifikacija koliko čestica će stići do nas i koliko će trajati. Trenutne prognoze često daju samo minute upozorenja; CLEAR teži produženju vremenskog prozora do ~24 sata — što bi značajno pomoglo industriji i misijama, ali je tehnološki i naučno zahtevno.

Implikacije za avijaciju i svemirske misije

Bolje prognoze mogu pomoći avio-kompanijama da izbegnu rute sa većim rizikom ili da se pripreme za prekide komunikacije. Važno je izbeći lažne alarme koji bi nepotrebno remetili saobraćaj. Za misije ka Mesecu i Marsu prognoze su još kritičnije: bez Zemljinog magnetnog štita astronauti su izloženi većim rizicima, a za veoma visok-energijske čestice zaštita je praktično neefikasna.

Planeri misija biraju rizik između dve krajnosti: tokom solarnog minimuma kosmički zraci su intenzivniji i teže se štite, a tokom solarnog maksimuma povećava se učestalost SEP događaja. Zato su pouzdane prognoze i hitne procedure ključne za sigurnost posada.

Zaključak

CLEAR-ov pristup — kombinacija fizike, velikih podataka i AI — cilja da unapredi ranije i tačnije upozorenje na SEP događaje. Ako se ostvare ciljevi poput 24-časovnog upozorenja i kvantifikacije intenziteta, to bi imalo direktne koristi za avijaciju, operacije satelita i buduće ljudske misije u svemir.