Вчені використовували нейромережу для визначення просторової структури магнітного поля Сонця. Програма успішно впоралася з отриманням карт розподілу поля як на видимій, так і на зворотному боці світила. Результати опубліковані в журналі.
Стандартним методом представлення структури магнітного поля Сонця є магнітограми, які в графічному вигляді відображають його просторові варіації, а одним з поширених методів визначення магнітного поля є картування Зеємана - Доплера. Цей спосіб полягає в здатності магнітного поля поляризувати випромінювання - за різністю доплерівських швидкостей, визначених у різних каналах поляризації, можна визначити проекцію магнітного поля на промінь зору. Тим не менш, цей метод працює тільки на безпосередньо спостережуваній стороні зірки. У разі зворотної сторони можна скористатися методами геліосейсмології, для яких необхідні тільки дані про видиму сторону, проте в такому випадку якість отриманих даних значно поступається прямим спостереженням.
Сьогодні за Сонцем спостерігає відразу кілька космічних телескопів, у тому числі американські Обсерваторія сонячної динаміки (SDO) і STEREO. Особливість другої місії полягає в тому, що вона складається з двох однакових апаратів, які незалежно рухаються по орбітах, близьких до земної. В результаті один з них поступово все більше відстає від планети, а другий - обганяє. Це дозволяє спостерігати світило з різних сторін і навіть отримувати тривимірні зображення, використовуючи стереоскопічний ефект. Однак після низки проблем з електронікою і втратою контролю над орієнтацією дані зі STEREO-B доступні тільки до 1 жовтня 2014 року.
Теєн Кім (Taeyoung Kim) з Університету Кенхі в Південній Кореї і його колеги натренували алгоритм глибокого навчання створювати магнітограми. Вихідними для першої частини роботи були дані SDO: ультрафіолетові знімки приладу Atmospheric Imaging Assembly (AIA) і вимірювання магнітного поля на промені зору, проведені інструментом Helioseismic and Magnetic Imager (HMI). Дані збиралися кожні 12 годин протягом 2011-2017 років. У результаті вийшло 4972 пар зображень і магнітограм, з яких 4147 (всі дані, крім отриманих у вересні і жовтні кожного року) використовувалися як навчальна вибірка, а решта 825 - як тестова.
У дослідженні застосовувалася генеративно-змагальна мережа, тобто комбінація двох нейромереж, одна з яких (генератор) створює зразки, а друга (дискримінатор) намагається вибрати з них найбільш схожі на представлені в навчальній вибірці. Автори порівняли результати роботи алгоритму, тобто магнітограми за вересень і жовтень, з даними приладу HMI. Виявилося, що програма якісно відтворила структуру поля. Зокрема, результат її роботи відповідав емпіричному закону Хейла, який говорить, що в північній півкулі одна полярність завжди передує іншій, а в південній півкулі спостерігається зворотна ситуація. Полярність сонячного магнітного поля змінюється на протилежну від циклу до циклу, але вся навчальна вибірка була отримана протягом 24 сонячного циклу, тому нейромережа в поточному вигляді ефективна при роботі з парними циклами, а точність її передбачень при непарних циклах необхідно окремо перевіряти.
Тим не менш, створені програмою магнітограми не в усьому відповідали вимірюванням. Наприклад, кут між парами сонячних плям різної полярності не завжди виявлявся правильним. Автори пов'язують ці розбіжності з тим фактом, що випромінювання в ультрафіолетовому діапазоні народжується в перехідній зоні між хромосферою і короною, в той час як магнітограма будується за даними про фотосферу, розташованої значно ближче до поверхні зірки.
Друга частина роботи була присвячена даним STEREO, які можна використовувати для генерації розподілу магнітного поля на дальній стороні Сонця. Для перевірки автори взяли дані із супутника STEREO-B, який 4 червня 2013 року перебував на -164 градуси геліографічної довготи, тобто отримував зображення переважно зворотного боку. Прилад Extreme UltraViolet Imager (EUVI) на борту цього апарату збирає дані в тому ж діапазоні, що і AIA на борту SDO, що дозволило використовувати навчену раніше мережу. Вчені відстежили рух активної області 12087, яка в період з 4 по 13 червня 2014 року перейшла зі зворотного боку зірки на видиму з Землі. Астрономи підсумовують, що програма в цілому правильно відтворила структуру магнітного поля, що дозволяє отримувати дані про тимчасову еволюцію магнітної активності Сонця на будь-якій ділянці, де є дані ультрафіолетового діапазону.
Вчені підсумовують, що їм вдалося показати вдалий приклад безпосереднього перетворення зображень за допомогою нейросетевої моделі. Вони відзначають, що в області астрономії та геофізики часто є велика кількість даних різних діапазонів, що потенційно дозволяє застосовувати подібні моделі в безлічі ситуацій. Безпосередньо в разі спостереження Сонця, така модель дозволяє краще розуміти тимчасову еволюцію активних областей, які є джерелами спалахів, що визначають космічну погоду.
Магнітне поле Сонця значно складніше земного, схильне до набагато більш сильних змін як у часі, так і в просторі. Детально про дослідження зміни земного поля ми писали в матеріалі «Мій компас земний».