Desenvolvido pela NASA em parceria com a IBM e outras empresas, o Surya utiliza avanços em IA para analisar grandes quantidades de dados solares. Os resultados iniciais superam os padrões existentes em 16%.
A NASA está intensificando a ciência solar com o lançamento do Surya Heliophysics Foundational Model, um modelo de inteligência artificial (IA) treinado em 9 anos de observações do Solar Dynamics Observatory da NASA .
Desenvolvido pela NASA em parceria com a IBM e outras empresas, o Surya utiliza avanços em IA para analisar grandes quantidades de dados solares, ajudando cientistas a entender melhor as erupções solares e a prever o clima espacial que ameaça satélites, redes elétricas e sistemas de comunicação. O modelo pode ser usado para fornecer alertas antecipados a operadores de satélites e ajuda cientistas a prever como a emissão ultravioleta do Sol afeta a atmosfera superior da Terra.
Resultados preliminares mostram que o Surya está avançando na previsão de erupções solares, um desafio de longa data na heliofísica. O Surya, com sua capacidade de gerar previsões visuais de erupções solares com duas horas de antecedência, marca um grande passo em direção ao uso de IA para previsão operacional do clima espacial. Esses resultados iniciais superam os padrões existentes em 16%.
Ao disponibilizar acesso aberto ao modelo no HuggingFace e ao código no GitHub , a NASA incentiva a comunidade científica e de aplicações a testar e explorar este modelo de IA em busca de soluções inovadoras que aproveitem o valor único dos conjuntos de dados contínuos, estáveis e de longa duração do Observatório de Dinâmica Solar.
Ilustrações de imagens solares do Observatório de Dinâmica Solar usadas para treinar o Surya: imagens ultravioleta coronal solar e ultravioleta extrema do Atmospheric Imaging Assembly (AIA) e mapas de velocidade da superfície solar e campo magnético do Helioseismic and Magnetic Imager (HMI). NASA/SDO.
O sucesso do modelo se baseia diretamente no banco de dados de longo prazo do Observatório de Dinâmica Solar.
Lançado em 2010, o Observatório de Dinâmica Solar da NASA fornece um registro ininterrupto e de alta resolução do Sol há quase 15 anos, capturando imagens a cada 12 segundos em múltiplos comprimentos de onda, além de medições precisas do campo magnético. Este conjunto de dados estável e bem calibrado, abrangendo um ciclo solar completo, é especialmente adequado para treinar modelos de IA como o Surya, permitindo que eles detectem padrões sutis no comportamento solar que conjuntos de dados mais curtos não detectariam.
A força do Surya reside na arquitetura do seu modelo de base, que aprende diretamente com dados solares brutos. Ao contrário dos sistemas de IA tradicionais, que exigem rotulagem extensa, o Surya pode se adaptar rapidamente a novas tarefas e aplicações. As aplicações incluem o rastreamento de regiões ativas, a previsão da atividade de erupções, a previsão da velocidade do vento solar e a integração de dados de outros observatórios, incluindo a missão conjunta NASA-ESA Solar and Heliospheric Observatory e a Parker Solar Probe da NASA .
“Estamos promovendo a ciência orientada por dados incorporando a profunda expertise científica da NASA em modelos de IA de ponta”, disse Kevin Murphy, diretor de dados científicos na sede da NASA em Washington. “Ao desenvolver um modelo básico treinado com base nos dados heliofísicos da NASA, estamos facilitando a análise das complexidades do comportamento do Sol com velocidade e precisão sem precedentes. Este modelo possibilita uma compreensão mais ampla de como a atividade solar impacta sistemas e tecnologias críticos dos quais todos dependemos aqui na Terra.”
Estas imagens comparam os dados de campo (à direita) com os resultados do modelo (ao centro) para erupções solares, que são os eventos por trás da maioria das condições climáticas espaciais. A previsão de Surya é muito próxima do que ocorreu na realidade (à direita). Esses resultados preliminares sugerem que Surya aprendeu física solar o suficiente para prever a estrutura e a evolução de uma erupção solar observando sua fase inicial. Equipe de IA IMPACT da NASA/SDO/ODSI.
Tempestades solares representam riscos significativos para a nossa sociedade dependente da tecnologia. Eventos solares poderosos energizam a ionosfera terrestre, resultando em erros substanciais de GPS ou perda total do sinal para comunicações via satélite. Também representam riscos para as redes elétricas, pois correntes induzidas geomagneticamente por ejeções de massa coronal podem sobrecarregar transformadores e provocar apagões generalizados.
Na aviação comercial, erupções solares podem interromper as comunicações de rádio e os sistemas de navegação, expondo voos de alta altitude a uma radiação mais intensa. Os riscos são ainda maiores para voos espaciais tripulados. Astronautas com destino à Lua ou a Marte podem precisar depender de previsões precisas para se protegerem da radiação intensa durante eventos de partículas solares.
A influência do Sol se estende ao crescente número de satélites em órbita baixa da Terra, incluindo aqueles que fornecem internet global de alta velocidade. À medida que a atividade solar se intensifica, ela aquece a atmosfera superior da Terra, aumentando o arrasto que desacelera os satélites, os puxa da órbita e causa reentrada prematura. Os operadores de satélite frequentemente têm dificuldade em prever onde e quando as erupções solares podem afetar esses satélites.
A atividade solar “verdadeira” é mostrada na linha superior. A linha inferior mostra a atividade solar prevista por Surya. Equipe de IA IMPACT da NASA/SDO/ODSI.
“Nossa sociedade é construída sobre tecnologias altamente suscetíveis ao clima espacial”, disse Joseph Westlake, diretor da Divisão de Heliofísica na sede da NASA. “Assim como usamos a meteorologia para prever o clima da Terra, as previsões meteorológicas espaciais preveem as condições e eventos no ambiente espacial que podem afetar a Terra e nossas tecnologias. Aplicar IA aos dados de nossas missões de heliofísica é um passo vital para aumentar nossa defesa contra o clima espacial, a fim de proteger astronautas e naves espaciais, redes elétricas e GPS, e muitos outros sistemas que alimentam nosso mundo moderno.”
Embora o Surya tenha sido projetado para estudar o Sol, sua arquitetura e metodologia são adaptáveis a diferentes domínios científicos. Da ciência planetária à observação da Terra, o projeto estabelece a infraestrutura fundamental para esforços semelhantes de IA em diversos domínios.
O Surya faz parte de um esforço mais amplo da NASA para desenvolver ferramentas científicas de acesso aberto e alimentadas por IA. Tanto o modelo quanto os conjuntos de dados de treinamento estão disponíveis gratuitamente online para pesquisadores, educadores e estudantes em todo o mundo, reduzindo as barreiras à participação e gerando novas descobertas.
O processo de criação do Surya. Os modelos da Fundação aumentam a utilidade dos conjuntos de dados do Observatório de Dinâmica Solar da NASA e criam uma base para a construção de novas aplicações. Equipe de IA IMPACT da NASA/ODSI
O treinamento de Surya foi parcialmente apoiado pelo Projeto Piloto do National Artificial Intelligence Research Resource (NAIRR), uma iniciativa liderada pela National Science Foundation (NSF) que fornece aos pesquisadores acesso a computação avançada, conjuntos de dados e ferramentas de IA. O Projeto Piloto do NAIRR reúne recursos federais e industriais, como o poder computacional da NVIDIA, para expandir o acesso à infraestrutura necessária para as pesquisas de ponta em IA.
“Este projeto mostra como o NAIRR Pilot está unindo recursos de IA federais e industriais para acelerar avanços científicos”, disse Katie Antypas, diretora do Escritório de Ciberinfraestrutura Avançada da NSF. “Com o apoio da NVIDIA e da NSF, não estamos apenas viabilizando as pesquisas de hoje, mas também lançando as bases para uma rede nacional de IA que impulsionará as descobertas de amanhã.”
O Surya faz parte de um esforço promovido e apoiado pelo Escritório do Diretor de Dados Científicos e pela Divisão de Heliofísica da NASA , pela NSF e por universidades parceiras, para promover as missões científicas da NASA por meio de modelos inovadores de ciência de dados e IA. A arquitetura de IA do Surya foi desenvolvida em conjunto pela Equipe Interagências de Implementação e Conceitos Avançados (IMPACT), do Escritório de Ciência de Dados e Informática do Centro de Voos Espaciais Marshall da NASA em Huntsville, Alabama; pela IBM; e por uma equipe científica colaborativa.
A equipe científica, reunida pela sede da NASA, era composta por especialistas do Southwest Research Institute em San Antonio, Texas; da University of Alabama em Huntsville, Alabama; da University of Colorado Boulder em Boulder, Colorado; da Georgia State University em Atlanta, Geórgia; da Princeton University em Princeton, Nova Jersey; da Heliophysics Division do SMD da NASA; do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland; do Jet Propulsion Laboratory da NASA em Pasadena, Califórnia; e do SETI Institute em Mountain View, Califórnia.
Para uma análise dos bastidores da arquitetura, das colaborações industriais e acadêmicas do Surya e dos desafios por trás do desenvolvimento do modelo, leia a postagem do blog no Portal de Dados Científicos da NASA:
Para mais informações sobre a estratégia da NASA de desenvolver modelos básicos para a ciência, visite: https://science.nasa.gov/artificial-intelligence-science
Fonte: NASA