Край Будущего

Подобно Земле, Марс обладал мощным магнитным полем, которое защищало его атмосферу от солнечного ветра. Однако сейчас осталось лишь магнитное отпечаток, и учёных озадачивало, почему он наиболее выражен в южной половине планеты.

Новое исследование Института геофизики Техасского университета (UTIG) может пролить свет на эту аномалию, представляя доказательства того, что магнитное поле охватывало только южную половину Марса. Это ассиметричное магнитное поле соответствует тому отпечатку, который мы наблюдаем сегодня.

Ведущий автор исследования Чи Ян отметил, что одностороннее магнитное поле могло возникнуть, если внутреннее ядро Марса было в жидком состоянии. «При отсутствии твердого внутреннего ядра гораздо легче создавать полушарные магнитные поля», — сказал Ян.

В исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, учёные использовали компьютерное моделирование, чтобы смоделировать этот сценарий. Ранее большинство исследований основывались на моделях, предполагающих наличие у Марса твердого внутреннего ядра.

Ученые были вдохновлены на моделирование жидкого ядра после открытия, что ядро Марса состоит из более легких элементов, чем ожидалось. Это указывает на то, что оно может находиться в расплавленном состоянии, что, по словам соавтора исследования Сабины Стэнли, могло быть так же 4 миллиарда лет назад.

Чтобы проверить гипотезу, исследователи провели симуляции раннего Марса с жидким ядром. В каждом запуске они увеличивали температуру в северной половине мантии по сравнению с южной. Разница в температуре привела к тому, что тепло, выходящее из ядра, высвобождалось только на южном конце планеты, что обеспечивало генерацию сильного магнитного поля в южном полушарии.

Это открытие предлагает альтернативную теорию к распространенному предположению, что астероидные удары уничтожили свидетельства существования магнитного поля в северном полушарии.

«Марс интересен для изучения, потому что он напоминает Землю и является ближайшей планетой для возможной колонизации», — отметил планетарный исследователь Дуг Хемингуэй.

Газ и пыль, выброшенные умирающей звездой в центре NGC 1514, обрели четкость благодаря данным в среднем инфракрасном диапазоне, полученным с помощью телескопа имени Джеймса Уэбба. Его кольца, видимые исключительно в инфракрасном свете, теперь выглядят как неясные комки, расположенные в запутанных узорах, а сеть более четких отверстий, близких к центральным звездам, демонстрирует, где более быстрые материалы пробились сквозь облака.

Кольца вокруг NGC 1514 были открыты в 2010 году, но теперь телескоп Уэбб позволяет ученым всесторонне исследовать бурную природу этого туманности.

Эта сцена формировалась на протяжении как минимум 4,000 лет и продолжит изменяться на протяжении многих тысячелетий. В центре находятся две звезды, которые в наблюдениях Уэбба выглядят как одно целое, окруженное яркими дифракционными шипами. Звезды следуют по плотной, вытянутой орбите, продолжающейся девять лет, и обвиты дугой пыли, представленной в оранжевом цвете.

Одна из этих звезд, когда-то в несколько раз более массивная, чем наше Солнце, сыграла главную роль в создании этой сцены. После исчерпания внешних слоев звезды осталась лишь её горячая, компактная ядро. Как белый карлик, она испытывала как ускорение, так и ослабление своих ветров, что могло привести к образованию тонких оболочек из захваченного материала.

Наблюдения, проведенные телескопом имени Джеймса Уэбба, показывают, что туманность находится под углом в 60 градусов, что создает иллюзию, будто из банки выливается жидкость. Однако гораздо более вероятно, что NGC 1514 имеет форму песочных часов с отрезанными концами. Обратите внимание на намеки на ее суженную талию в верхнем левом и нижнем правом углах, где пыль окрашена в оранжевый цвет и образует мелкие V-образные формы. В период максимальной потери материала эта звезда могла оказаться в непосредственной близости от своего спутника, что и привело к возникновению этих необычных форм. Вместо того чтобы образовать сферу, это взаимодействие, возможно, привело к образованию колец.

Хотя контуры NGC 1514 наиболее четки, у песочных часов также есть «боковые» стороны, которые являются частью их трехмерной формы. Обратите внимание на тусклые, полупрозрачные оранжевые облака между кольцами, которые придают туманности объем.

Продвинутая обучающая система преобразует десятилетия солнечных данных в единый, высококачественный обзор — настраивая инструменты, преодолевая ограничения и помогая нам глубже понять нашу звезду.

С развитием солнечных телескопов мы получаем все более детализированные изображения нашей ближайшей звезды. Однако с каждой новой генерацией инструментов мы сталкиваемся с нарастающей проблемой различий в наблюдениях. Более старые наборы данных, иногда охватывающие десятилетия, не могут быть легко сопоставлены с самыми свежими изображениями. Способность изучать долгосрочные изменения в солнечной активности или редкие события ограничена несоответствиями в разрешении, калибровке и качестве данных.

Учёные из Университета Граца в Австрии, в сотрудничестве с коллегами из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) в России и Высокогорной обсерватории Национального центра атмосферных исследований США, разработали новую глубокую обучающую систему (перевод с инструмента на инструмент; ITI), которая помогает преодолеть разрыв между старыми и новыми наблюдениями.

"Используя тип искусственного интеллекта, называемый генеративными состязательными сетями (GAN), мы разработали метод, который может переводить солнечные наблюдения с одного инструмента на другой — даже если эти инструменты никогда не работали одновременно," — говорит ведущий автор исследования Роберт Яролим, научный сотрудник NASA в Высокогорной обсерватории в Колорадо (США).

Эта техника позволяет системе ИИ изучать характеристики самых современных возможностей наблюдения и передавать эту информацию на наследственные наблюдения.

Модель работает, обучая одну нейронную сеть имитировать ухудшенные изображения на основе качественных, а вторую сеть — восстанавливать синтетическое ухудшение. В частности, метод использует реальные солнечные данные, отражая сложность инструментальных различий.

Вторая сеть затем может быть применена к реальным низкокачественным наблюдениям, переводя их в качество и разрешение высококачественных эталонных данных. Этот подход способен преобразовать шумные, низкоразрешённые изображения в более чёткие, которые сопоставимы с данными, полученными в ходе недавних солнечных миссий, при этом сохраняя физические характеристики изображений.

Данная методология была применена к ряду солнечных наборов данных: объединяя 24 года космических наблюдений, улучшая разрешение полнодисковых солнечных изображений, уменьшая атмосферный шум в наземных солнечных наблюдениях и даже оценивая магнитные поля на обратной стороне Солнца, используя лишь данные из наблюдений в экстремальном ультрафиолете.

"Искусственный интеллект не может заменить наблюдения, но он может помочь нам извлечь максимум из уже собранных данных," — отмечает Яролим. "Вот в чём заключается истинная сила данного подхода."

Улучшая наследственные солнечные данные с помощью информации о современных возможностях наблюдения, можно раскрыть весь потенциал объединённых наборов данных. Это создаёт более согласованную картину долгосрочной эволюции нашей динамичной звезды.

"Этот проект демонстрирует, как современные вычисления могут вдохнуть новую жизнь в исторические данные," — добавляет доцент Сколтеха Татьяна Подладчикова, соавтор статьи.

"Наша работа выходит за рамки простого улучшения старых изображений — это создание универсального языка для изучения эволюции Солнца во времени. Благодаря вычислительным ресурсам Сколтеха мы обучили модели ИИ, которые выявляют скрытые связи в десятилетиях солнечных данных, обнаруживая закономерности на протяжении нескольких солнечных циклов.

"В конечном итоге мы строим будущее, в котором каждое наблюдение, будь то прошлое или будущее, может говорить на одном научном языке."