Un recente algoritmo di "apprendimento profondo", nonostante non abbia una conoscenza innata della fisica solare, potrebbe fornire previsioni più accurate su come il sole influenza il nostro pianeta rispetto ai modelli attuali 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 intorno alla Terra, l'intelligenza artificiale (AI) potrebbe fornire miglioramenti reali in questo settore grazie alla sua capacità di gestire dati molto più complessi, con importanti implicazioni per il modo in cui voliamo le missioni in orbita terrestre.

Il sole è una vera seccatura

Le condizioni nello spazio variano a seconda degli sbalzi d'umore del sole, noto come "tempo spaziale". Il sole emette radiazioni in un flusso costante, ma a volte emette anche violenti scoppi 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.

Anche l'atmosfera terrestre è influenzata da queste esplosioni, poiché le tempeste geomagnetiche e l'aumento della luce ultravioletta riscaldano l'atmosfera superiore, facendolo espandere. Quando l'aria calda sale, la sua densità su orbite fino a 1000 km aumenta, e i satelliti nelle vicinanze sperimentano più resistenza, o "trascinare, " facendoli rallentare e spostare l'orbita.

Senza intervento, come sparare i propulsori per tenerli in alto, i satelliti cadrebbero lentamente sulla Terra e brucerebbero nell'atmosfera. Al controllo della missione, stiamo regolarmente sollevando l'orbita della nostra flotta di esploratori della Terra.

Migliorare queste previsioni consentirebbe agli operatori di pianificare cicli di manovre correttive più lunghi e precisi, il che significa che sarebbero necessari meno colpi di propulsore, aumentando la quantità di tempo che i satelliti possono dedicare alla raccolta di dati scientifici.

Vitale, aumenterebbe anche la nostra conoscenza della posizione futura del veicolo spaziale, in modo da poter prevedere in modo più accurato le possibilità di collisioni nello spazio, aiutandoci a proteggere la nostra navicella 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 raccolti in diversi luoghi in tutto il mondo.

L'indice solare deriva da quello che viene chiamato il flusso radio solare di 10,7 cm, 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 proxy per l'attività solare, e perché si può osservare in tutte le condizioni atmosferiche, le misurazioni possono essere effettuate ogni giorno, vieni pioggia o sole.

L'indice geomagnetico viene utilizzato per caratterizzare la dimensione delle tempeste nel campo magnetico terrestre, causato dall'attività al sole. Tali tempeste possono danneggiare gravemente le reti elettriche, operazioni di veicoli spaziali, segnali radio e ovviamente la bellissima aurora boreale ai poli.

"Osserviamo il passato, ma possiamo solo prevedere il futuro", afferma Pere Ramos Bosch, Ingegnere della dinamica di volo 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, così come la conoscenza della fisica solare e atmosferica, fare previsioni per i prossimi 27 giorni".

Però, le previsioni attuali sono in generale piuttosto imprecise. Anche se non abbiamo ancora perso una missione, la nostra mancanza di comprensione di come cambia la densità atmosferica è la più grande fonte di errore quando si tratta di satelliti volanti in orbita terrestre bassa, come la missione del vento Aeolus e la serie Sentinel di esploratori della Terra.

L'intelligenza artificiale può 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 "l'apprendimento profondo". I team sperano che utilizzerà la sua "memoria a lungo termine 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'intelligenza artificiale stia dimostrando di utilizzare al meglio i dati disponibili, "dice David Remili, un tirocinante nazionale lussemburghese nell'intelligenza artificiale e nell'Operations Innovation Group dell'ESA che è stato incaricato di sviluppare lo strumento di previsione dell'IA.

"È un privilegio ricevere le risorse per combinare intelligenza artificiale e astrofisica, e in definitiva per avere un impatto positivo sul modo in cui le missioni spaziali sono volate".

Finora lo strumento AI sembra promettente, ma resta sintonizzato per scoprire quale algoritmo prevede meglio il futuro, e se possiamo usare queste nuove capacità di calcolo per comprendere meglio le interazioni tra il Sistema Solare e la nostra casa.

Allerta solare

La futura missione Lagrange dell'ESA osserverà costantemente il sole. Il satellite, situato al quinto punto di Lagrange, invierà un allarme 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.