NASA-KI sagt Sonnenaktivität 12 Stunden voraus

Das COFFIES Science Center der NASA hat ein maschinelles Lernmodell entwickelt, das die Entstehung aktiver Regionen auf der Sonne bis zu zwölf Stunden im Voraus vorhersagen kann. Das im Journal of Geophysical Research: Machine Learning and Computation beschriebene Modell nutzt eine Transformer-Architektur mit gleitendem Fenster, um subtile Veränderungen in akustischen Wellen und Magnetfeldern unter der Sonnenoberfläche zu erkennen.

Zum COFFIES-Team gehören Forscher des New Jersey Institute of Technology, der Princeton University und des Ames Research Center der NASA. Sie analysierten Daten des Solar Dynamics Observatory der NASA und nutzten Supercomputer-Ressourcen in Ames. Alexander Kosovichev, Co-Ermittler bei COFFIES am NJIT, erklärte, die Technik identifiziere Vorboten in leichten Veränderungen der akustischen Leistung der Sonne und verglich dies mit „einer leichten Rhythmusänderung in einem sehr lauten Orchester“.

Aktive Regionen sind Konzentrationen von Magnetfeldern, die als Sonnenflecken an die Oberfläche treten. Sie sind die Haupttriebfedern von Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen, die Astronauten gefährden, Satelliten lahmlegen und Funkverbindungen auf der Erde stören können. Die derzeitigen operationellen Vorhersagen des Space Weather Prediction Center der NOAA und der US Air Force überwachen bereits sichtbare aktive Regionen, um die Wahrscheinlichkeit von Eruptionen abzuschätzen.

Das neue KI-Modell bewegt ein Fenster fester Größe über eine lange Zeitleiste der Sonnenaktivität und konzentriert sich dabei auf aktuelle Daten, während es Gesamtmuster im Gedächtnis behält. So können Prognostiker die ungefähren Positionen neu entstehender Sonnenflecken vorhersagen, statt sich auf das Zählen bereits sichtbarer Flecken zu verlassen. Das Modell ist noch nicht für den operationellen Echtzeitbetrieb bereit, aber das Team plant, es anhand vieler weiterer bekannter Sonnenereignisse zu validieren.

COFFIES, kurz für Consequence Of Fields and Flows in the Interior and Exterior of the Sun, ist eines von drei NASA-DRIVE-Wissenschaftszentren. Es konzentriert sich auf die miteinander verbundenen Prozesse hinter der Sonnenaktivität und ihrem elfjährigen Zyklus. Michelangelo Romano, stellvertretender Direktor des NASA-Büros für Weltraumwetteranalyse von Mond bis Mars, sagte, das Modell könnte neue Fähigkeiten zur Vorhersage potenzieller Eruptionsorte im Voraus bieten und zusätzliche Unterstützung für NASA-Missionen leisten.

Die Weltraumwetterüberwachung der NASA ist entscheidend für die Artemis-Missionen zum Mond und künftige bemannte Missionen zum Mars. Teams von NASA und NOAA arbeiten zusammen, um Forschungsergebnisse in operationelle Werkzeuge zu überführen, darunter die Space Radiation Analysis Group, das Moon to Mars Space Weather Analysis Office und das Community Coordinated Modeling Center. Die Vorhersage der Entstehung von Sonnenfleckenregionen, insbesondere auf der Rückseite der Sonne, könnte die derzeit von diesen Teams verwendeten Modelle ergänzen.