Sztuczna inteligencja zasadniczo zmienia nasze rozumienie wszechświata. Po zrewolucjonizowaniu sposobu przetwarzania danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) sztuczna inteligencja jest obecnie stosowana do rozwiązania jednego z najstarszych problemów astronomii: efektu rozmycia powodowanego przez ziemską atmosferę.
Nowy algorytm sztucznej inteligencji opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz (UCSC) ma na celu przekształcenie zdjęć z Obserwatorium Vera Rubin w Chile, dzięki czemu obserwacje naziemne będą tak wyraźne i ostre, jak gdyby zostały wykonane w próżni kosmicznej.
Przeszkoda atmosferyczna
Nawet najbardziej zaawansowane obserwatoria naziemne napotykają poważną przeszkodę: atmosferę. Obserwatorium Vera Rubin, zlokalizowane na szczycie Cerro Pachon w chilijskich Andach, znajduje się w jednym z najsuchszych miejsc na Ziemi, aby zminimalizować zakłócenia. Kiedy jednak światło z odległych galaktyk przechodzi przez naszą atmosferę, napotyka turbulencje, które zniekształcają i rozmywają obraz.
Podczas gdy astronomowie dużo inwestują w sprzęt korygujący te zniekształcenia, profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego Brant Robertson i jego zespół sięgnęli po inny rodzaj technologii o wysokiej wydajności: uczenie maszynowe.
Poznaj Neo: Wzmacniacz obrazu AI
Naukowcy opracowali model generatywny nazwany Neo. Aby wytrenować ten system, zespół zastosował genialną metodę porównawczą:
1. Przesłali obrazy AI z teleskopu Subaru (naziemnego).
2. Porównaliśmy je ze zdjęciami w wysokiej rozdzielczości tych samych obszarów nieba wykonanymi przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a (z przestrzeni kosmicznej).
Porównując te dwa typy danych, Neo nauczył się „uzupełniać” brakujące szczegóły utracone w wyniku rozmycia atmosferycznego. Wyniki są imponujące. Według zespołu badawczego Neo może poprawić dokładność pomiaru kształtów i parametrów galaktyk 2 do 10 razy.
W praktyce oznacza to, że:
– Zamglone plamy zamieniają się w odrębne, pojedyncze gwiazdy.
– Niewyraźne kształty przekształcają się w precyzyjne struktury galaktyczne.
– Jakość danych wzrasta do poziomu, który statystycznie symuluje fotografię kosmiczną.
Maksymalizacja wyników naukowych
Ten skok technologiczny nie polega tylko na ulepszaniu zdjęć; chodzi o efektywność ekonomiczną i naukową. Budowa teleskopu kosmicznego takiego jak Hubble czy Webb kosztuje miliardy dolarów. Dla porównania, Obserwatorium Vera Rubin kosztowało około 800 milionów dolarów.
Wykorzystując sztuczną inteligencję do „doładowania” danych pochodzących z Obserwatorium Rubina, naukowcy mogą wydobyć znacznie większą wartość ze swoich inwestycji. Jak zauważa Robertson, celem jest jak najefektywniejsze wykorzystanie zasobów rządowych i publicznych przy jednoczesnym zapewnieniu, że uzyskamy każdą informację z naszych najdroższych narzędzi.
Jak działa Neo: podejście z podwójną siecią
Neo korzysta z warunkowej generatywnej sieci kontradyktoryjnej (GAN). Wiąże się to z uruchomieniem dwóch sieci neuronowych w ciągłej pętli:
– Generator: tworzy ulepszoną wersję oryginalnego obrazu w wysokiej rozdzielczości.
– Oceniający: krytycznie analizuje wygenerowany obraz, sprawdzając jego dokładność i jakość.
Proces ten jest wspierany przez superkomputery zasilane procesorami graficznymi NVIDIA, umożliwiając sztucznej inteligencji analizowanie każdego pojedynczego piksela w celu odróżnienia pustego nieba od gwiazd i złożonych struktur galaktycznych, takich jak dyski czy sferoidy.
Przyszłość odkryć: człowiek + sztuczna inteligencja
Często pojawia się obawa, że sztuczna inteligencja zastąpi naukowców, choć badacze twierdzą inaczej. Ogromna ilość danych wytwarzanych przez współczesne teleskopy (takich jak kolosalne strumienie danych z JWST) jest zbyt duża, aby ludzkie oko mogło je samodzielnie przetworzyć.
„Jesteśmy przytłoczeni tak dużą ilością danych, że trudno za nimi nadążać” – mówi Robertson. „Nasze standardowe podejście do analizy tych obrazów po prostu nie jest wystarczająco skuteczne”.
Sztuczna inteligencja działa jak „mnożnik siły”. Zajmuje się rozpoznawaniem wzorców i czyszczeniem danych, pozwalając astronomom skupić się na interpretacji najgłębszych odkryć.
Wniosek
Zacierając granicę między ograniczeniami obserwacji naziemnych a przejrzystością obrazów kosmicznych, sztuczna inteligencja rozpoczyna nową erę szybkiej astronomii o wysokiej rozdzielczości. Technologia ta gwarantuje, że nawet przy przytłaczającym zalewie kosmicznych danych nasza zdolność zrozumienia Wszechświata będzie ewoluować wraz z upływem czasu.
