Ερευνητές χαρτογράφησαν τη δυναμική ατμόσφαιρα του Ήλιου με εντυπωσιακή λεπτομέρεια, συνδυάζοντας δεδομένα από τηλεσκόπια τελευταίας τεχνολογίας με τεχνικές μηχανικής μάθησης, παρακάμπτοντας έτσι τα τεράστια υπολογιστικά εμπόδια που μέχρι σήμερα επιβράδυναν την ανάλυση των δεδομένων.
Η έρευνα αποτελεί μια σημαντική πρόοδο στη μελέτη της χρωμόσφαιρας, του ενδιάμεσου στρώματος της ηλιακής ατμόσφαιρας, όπου εκδηλώνονται πολύπλοκες μαγνητικές διεργασίες που μεταφέρουν ενέργεια προς το υπέρθερμο στέμμα του Ήλιου. Ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα προβλήματα της ηλιακής φυσικής είναι να εξηγηθεί γιατί το στέμμα είναι πολύ θερμότερο από την επιφάνεια του Ήλιου.
Μέσω παρατηρήσεων εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης από το Visible Spectro-Polarimeter (ViSP) του ηλιακού τηλεσκοπίου Daniel K. Inouye Solar Telescope, του ισχυρότερου ηλιακού τηλεσκοπίου στον κόσμο, αναλύθηκαν οι φασματικές γραμμές του ασβεστίου (Ca II στα 854,2 nm), οι οποίες επέτρεψαν τον υπολογισμό της θερμοκρασίας, της πυκνότητας, των ταχυτήτων του πλάσματος και άλλων φυσικών ιδιοτήτων της χρωμόσφαιρας.
Μέχρι σήμερα, η επεξεργασία αυτών των δεδομένων απαιτούσε εξαιρετικά χρονοβόρους υπολογισμούς μέσω πολύπλοκων μοντέλων μεταφοράς ακτινοβολίας. Η νέα μελέτη αξιοποίησε τον αλγόριθμο μηχανικής μάθησης Ομαδοποίηση Κ-μέσων (K-means clustering), ο οποίος ομαδοποίησε χιλιάδες παρόμοια φάσματα σε μόλις 50 αντιπροσωπευτικές κατηγορίες. Με αυτόν τον τρόπο, οι υπολογισμοί έγιναν πολύ ταχύτεροι και παρήγαγαν πιο ομαλούς και αξιόπιστους χάρτες της ηλιακής ατμόσφαιρας, χωρίς να θυσιάζεται η ακρίβεια.
Οι νέοι θερμοδυναμικοί χάρτες αποκάλυψαν σημαντικά χαρακτηριστικά των χρωμοσφαιρικών ινιδίων (fibrils), των λεπτών μαγνητικών δομών που εκτείνονται για χιλιάδες χιλιόμετρα πάνω από την ηλιακή επιφάνεια. Διαπιστώθηκε ότι η θερμοκρασία μειώνεται σταδιακά κατά περίπου 1.000 Kelvin από τα σημεία όπου τα ινίδια συνδέονται με την επιφάνεια προς το κεντρικό τους τμήμα. Παράλληλα, τα όριά τους εμφανίζονται εξαιρετικά απότομα, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα μαγνητικά πεδία περιορίζουν αποτελεσματικά τη μεταφορά θερμότητας προς τις γειτονικές περιοχές.
Η έρευνα έδειξε επίσης ότι τα ψυχρότερα και πυκνότερα ινίδια συνοδεύονται από πλάσμα που κινείται προς την επιφάνεια του Ήλιου, ενώ οι θερμότερες περιοχές εμφανίζουν έντονη μικροανατάραξη, πιθανότατα λόγω κυμάτων ή κρουστικών φαινομένων που δεν μπορούν ακόμη να παρατηρηθούν άμεσα. Αυτές οι πληροφορίες προσφέρουν πολύτιμους περιορισμούς στα θεωρητικά μοντέλα που περιγράφουν τη θέρμανση και τη μεταφορά μάζας στην ηλιακή ατμόσφαιρα.
Οι ερευνητές θεωρούν ότι ο συνδυασμός προηγμένων τηλεσκοπίων και τεχνικών τεχνητής νοημοσύνης θα επιτρέψει στο άμεσο μέλλον τη δημιουργία τρισδιάστατων χαρτών της χρωμόσφαιρας με ακόμη μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Η προσέγγιση αυτή αναμένεται να επιταχύνει σημαντικά την ανάλυση των τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων που συλλέγουν τα τηλεσκόπια νέας γενιάς και να συμβάλει στην επίλυση του μυστηρίου της θέρμανσης του ηλιακού στέμματος.
Η δημοσίευση στο The Astrophysical Journal
https://nso.edu/blog/deep-diving-the-sun-how-k-means-clustering-is-decoupling-solar-dynamics
Ο Όμιλος Φίλων Αστρονομίας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης: facebook, instagram, x, tiktok, youtube
