Розшифрування космічних порід за допомогою штучного інтелекту: прорив у винайденні метеоритів

Штучний інтелект (ШІ) змінює те, як ми робимо речі, не лише на Землі, а й у космосі.

Завдяки використанню для завдань, починаючи від автономної навігації космічних апаратів та аналізу даних до оптимізації використання ресурсів та підтримки наукових відкриттів, ця технологія дозволяє здійснювати більш ефективні, автономні та глибокі космічні місії.

Наприклад, NASA вже багато років досліджує можливості штучного інтелекту. Від автономного марсоходи на Марсі Завдяки ініціативам, що базуються на штучному інтелекті, з пошуку нових екзопланет, агентство використовує цю технологію для покращення свого розуміння космосу.

Нещодавно федеральне агентство США показало, як штучний інтелект може допомогти орбітальному космічному апарату збирати більш цілеспрямовані дані. Штучний інтелект вперше дозволив супутнику передбачити свій орбітальний шлях, обробляти та оцінювати зображення за допомогою штучного інтелекту, а також вирішувати, куди націлити прилад, що не зайняло навіть двох хвилин і не зайняло жодної участі людини.

«Ідея полягає в тому, щоб космічний корабель діяв більше як людина: замість того, щоб просто бачити дані, він думає про те, що вони показують і як реагувати», — сказав Стів Чіен, технічний співробітник зі штучного інтелекту в Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) та головний дослідник проекту «Динамічне таргетування».

Кілька років назад, SpaceX Ілона Маска також запустив супутник, оснащений штучним інтелектом, щоб космічний апарат міг брати участь у місіях у глибокий космос.

Посеред цього, вчені розгадали таємниці метеорита за допомогою цієї технології. Цей особливий матеріал ставить під сумнів правила потоку тепла, діючи одночасно як кристал і скло.

За допомогою штучного інтелекту дослідники змогли виявити здатність мінералу підтримувати постійну теплопровідність., то основний прорив, який може революціонізувати матеріалознавство шляхом трансформації управління теплом у технологіях та промисловості. Це також може допомогти скоротити величезні викиди вуглецю у виробництві сталі. 

Як штучний інтелект розкриває таємниці метеоритів

Метеороїди – це спалахи світла, які іноді можна побачити на небі.

Ці космічні камені можуть бути розміром з пилові частинки або розміром з невеликі астероїди. Більшість із них є фрагментами більших тіл, що розпалися. Деякі походять з астероїдів, інші — з комет, а деякі навіть з Місяця, Марса чи інших планет.

Ці називаються метеороїди, ще перебуваючи в космосі. Як тільки вони потрапляють в атмосферу Землі або будь-якої іншої планети та переживають політ, їх називають метеорами.

Входячи в атмосферу, вони роблять це з високою швидкістю, і коли тиск перевищує міцність об'єкта, він розпадається, що призводить до його згоряння та яскравого спалаху, звідси й назва «падаючі зірки». Коли вони виглядають особливо яскравими, їх називають «вогняними кулями».

Ці метеори можуть здаватися рідкісним явищем, але, за оцінками NASA, щодня на Землю падає близько 48.5 тонн такого матеріалу.

Будучи частиною космосу, ці породи можуть допомогти отримати цінну інформацію про склад, формування та історію астероїдів, планет і нашої Сонячної системи. 

Метеорит складається з різних матеріалів, включаючи камінь, метал або їх комбінацію.

Ці метеорити вивчаються вченими дуже детально за допомогою різних методів, таких як фотографічні та телескопічні спостереження, радіолокаційне виявлення, мікроскопія, спектроскопія, магнітометрія та інші.

Останнім часом штучний інтелект також використовується для розуміння космічних метеоритів шляхом автоматизації їх виявлення за допомогою знімків з дронів, покращення класифікації їх типів за допомогою машинного навчання, визначення потенційних місць падіння та навіть виявлення складу матеріалів усередині метеоритів. 

Аналізуючи величезні набори даних та розпізнаючи закономірності, які люди можуть пропустити, ШІ підвищує ефективність та точність дослідження метеоритів, що, у свою чергу, надає критично важливе розуміння походження життя. 

Так, наприклад, дослідження¹ з кінця минулого року знайшли докази рідкої води на Марсі 742 мільйони років тому за допомогою метеорит.

Отже, одинадцять мільйонів років тому астероїд вдарив Марс і відправив уламки червоної планети в космос. Один з цих уламків врізався в Землю, надавши нам метеорит, який можна безпосередньо простежити до Марса. 

Його назвали метеоритом Лафайєта, і під час дослідження дослідники виявили, що перебуваючи на Марсі, він взаємодіяв з водою. Нещодавно міжнародна колаборація вчених визначила вік мінералів у метеориті, який утворився, коли там була рідка вода. 

«Ми можемо ідентифікувати метеорити, вивчаючи, які мінерали присутні в них, та взаємозв'язки між цими мінералами всередині метеорита».

– Провідний автор Марісса Трембле, доцент кафедри наук про Землю, атмосферу та планети (EAPS) Університету Пердью

Вона також зазначила, що метеорити, як правило, щільніші за земні породи, є магнітними та містять метал. Однак знайти метеорити не так просто. 

Команда шанс знайти один насправді дуже маленький. В результаті дослідники використовують штучний інтелект разом із дронами, щоб зробити це відкриття. 

У 2022 році дослідники з Університету Кертіна в Австралії за допомогою машинного навчання та двох дронів виявили у віддаленій австралійській глибинці метеорит, який рухався по еліпсу між орбітами Юпітера та Венери.

Ця технологія дозволяє мисливцям за метеоритами виконувати повторювані завдання, не втрачаючи уваги. Фактично, машини вчаться справлятися з хибнопозитивними результатами через повторення. 

«Святим Граалем полювання на метеорити зараз є дрон, який може визначати географічну область, дивитися на землю та знаходити метеорити за допомогою штучного інтелекту».

– Майк Хенкі, Американське метеорне товариство

Тим часом Школа наук про Землю та планети Університету разом із Паризькою обсерваторією, Міжнародним центром радіоастрономічних досліджень (ICRAR) та іншими установами співпрацювали, щоб розгадати загадку багатих на вуглець астероїдів, які, хоча й поширені в космосі, становлять менше 5% метеоритів, що досягають Землі.

Цей вчитися², яка розгадала давню таємницю космічної науки, була опублікована цього року. Для цього вчені проаналізували майже 8,500 метеороїдних та метеоритних подій.

Дослідження виявило, що Сонце та атмосфера Землі діють як гігантські фільтри, які знищують вуглецеві метеороїди, перш ніж вони досягнуть землі. Такі метеорити важливі, оскільки вони містять амінокислоти, органічні молекули та воду.

У той час як це вже було відомо що багатий на вуглець матеріал не виживає при вході в атмосферу, дослідження показало, що багато метеороїдів «навіть не долітають так далеко», розпадаючись на частини, проходячи поблизу Сонця. 

«Ті, хто виживе після приготування в космосі, мають більше шансів…» також пройти крізь атмосферу Землі».

– Співавтор доктор Адрієн Девільпуа, Центр космічної науки і технологій Кертіна та Радіоастрономічний інститут Кертіна (CIRA)

Більше того, було виявлено, що метеороїди, що утворюються внаслідок припливних руйнувань, особливо крихкі та майже ніколи не переживають потрапляння в атмосферу. За словами доктора Патріка Шобера з Паризької обсерваторії:

«Це відкриття може вплинути на майбутні місії до астероїдів, оцінки небезпеки зіткнення з ними та навіть теорії про те, як Земля отримала воду та органічні сполуки, що дозволили зародитися життю».

Тим часом а вчитися³ з початку цього року за допомогою штучного інтелекту виявили, що «марсотруси», одна з основних сил, що формують поверхню планети, спричинені сейсмічною активністю від ударів метеороїдів.

Команда дослідників з Бернського університету та Імперського коледжу Лондона використала штучний інтелект для виявлення нових ударів на десятках тисяч орбітальних зображень даних, отриманих у період з грудня 2018 по 2022 рік, а потім порівняла їх із сейсмічними даними. Це допомогло дослідникам знайти 123 свіжих кратери для порівняння, і з них 49 потенційно відповідали землетрусам.

Щойно отримані дані виявили, що на Марсі зіткнення з метеороїдами трапляються приблизно вдвічі частіше, ніж вважалося раніше.

Цей Професор Том Пайк з команди Імперіал Марса зазначив, що це демонструє «силу глибокого вивчення кількох наборів даних з Марса. Без сейсмічних даних ми б не знали, де шукати удар на орбітальних зображеннях, а без орбітальних зображень ми б не змогли знайти джерело сейсмічної енергії».

Штучний інтелект змінив правила гри для дослідників, виявивши удар в одному пікселі орбітальної камери з низькою роздільною здатністю. що використовується для щоденного моніторингу погоди. «Потужність і швидкість штучного інтелекту означають, що ми змогли знайти так звану голку в копиці сіна!» – додав він.

Машинний алгоритм, який відіграв тут ключову роль, був розроблений у JPL і може просіювати величезні обсяги даних, таких як зображення. 

Штучний інтелект підтверджує гібрид кришталю та скла

Тепер, останнє дослідження⁴ Вчені з Columbia Engineering використали штучний інтелект, щоб зробити ще одне дивовижне відкриття. Вони підтвердили «гібридні» теплові властивості космічного мінералу, який не відповідає типовим правилам теплового потоку. Метеорит діє як кристал, так і скло. 

Цей є проривом, оскільки теплопровідні властивості кристалів і скла повністю протилежні один одному. Теплопровідність насправді сильно відрізняється в обох. Теплопровідність матеріалів суттєво змінюється залежно від атомної структури. Ось як порівнюються кристалічні, склоподібні та гібридні матеріали:

Ці тенденції відіграють ключову роль у різноманітних технологіях, включаючи системи рекуперації відхідного тепла, мініатюризацію та підвищення ефективності електронних пристроїв, а також термін служби теплових екранів для аерокосмічного застосування.

Оптимізація продуктивності та Довговічність матеріалів, що використовуються в цих застосуваннях, вимагає глибокого розуміння того, як їхня атомна структура та хімічний склад визначають здатність матеріалу до теплопровідності.

Мікеле Сімончеллі, доцент кафедри прикладної фізики та прикладної математики в Колумбійському інженерному коледжі, застосувала підхід першого принципу та поєднала його з машинним навчанням, щоб визначити унікальний матеріал з відмінними тепловими властивостями.

Методи машинного навчання дозволили команді подолати обчислювальні труднощі методів перших принципів та змоделювати атомні властивості, що впливають на теплоперенос, з точністю квантового рівня. 

Цей матеріал є першим у своєму роді, який було виявлено у метеоритах та ідентифіковані на Марсі. 

Визначення фундаментальної фізики, яка зумовлює цю особливу поведінку, може поглибити наше розуміння та допомогти нам розробити матеріали, які контролюють тепло під час екстремальних перепадів температур.

Тепер теплопровідність, тобто передача тепла через нерухому матерію шляхом фізичного контакту, залежить від атомної структури матеріалу. Отже, те, чи є матеріал склоподібним, з невпорядкованою, некристалічною структурою, чи кристалічним, з упорядкованою решіткою атомів, впливає на те, як тепло тече на квантовому рівні.

В основному, теплові Провідність збільшується в стеклах зі зростанням температури та зменшується в кристалах при нагріванні.

Щоб зафіксувати цю протилежну тенденцію теплопровідності у склі та кристалах, Сімончеллі у співпраці з Франческо Маурі з Римського університету Сапієнца та Ніколою Марцарі зі Швейцарського федерального технологічного інституту ще у 2019 році вивів одне рівняння.

Примітно, що рівняння описує проміжну поведінку частково невпорядкованих матеріалів. Цей включає матеріали, що використовуються в теплозахисних покриттях для теплових екранів, перовскітних сонячних елементах та термоелектриці для рекуперації втраченого тепла.

Тепер, використовуючи це ж рівняння, вони дослідили зв'язок між атомною структурою та теплопровідністю в матеріалах, виготовлених з діоксиду кремнію (SiO2).

Також відомий як кремнезем, діоксид кремнію — це природна хімічна сполука, що складається з кремнію та кисню, двох найпоширеніших елементів на Землі. Він є одним з основних компонентів піску. 

Дослідники передбачили, що «тридимітна» форма діоксиду кремнію демонструватиме ознаки кришталевого склоподібного матеріалу з теплопровідністю, яка не змінюється з температурою. 

Тридиміт — це високотемпературна кристалічна форма діоксиду кремнію, яка зустрічається переважно у вулканічних породах. формується за умов високої температури та низького тиску. Це також знайдено у метеоритах.

Незвичайна поведінка тридиміту під час термопереносу спонукала команду експериментаторів на чолі з Даніеле Фурньє, Массіміліано Маранголо та Етьєном Баланом з Університету Сорбонни в Парижі провести випробування на зразку кремнеземного тридиміту, отриманого з метеорита, який упав у Німеччині триста років тому.

Експерименти підтвердили прогнози, зроблені дослідниками за допомогою вимірювань.

Метеоритний тридиміт має було підтверджено мати атомну структуру, що знаходиться між впорядкованим кристалом та невпорядкованим склом. Крім того, вони виявили, що його теплопровідність залишається постійною між 80 K та 380 K, температурним діапазоном, який є експериментально доступним.

Після подальшого аналізу команда передбачила, що матеріал міг утворитися внаслідок термічного старіння вогнетривкої цегли, яка служить тепловим бар'єром у печах для виробництва сталі.

Універсальна, міцна та багатофункціональна сталь є одним із найважливіших матеріалів у сучасному суспільстві, що лежить в основі різних галузей промисловості та інфраструктури. Однак виробництво сталі є вуглецевомістким процесом, оскільки лише 1 кг сталі викидає близько 1.3 кг CO2. 

З майже 1 мільярдом тонн сталі, що виробляється щороку, вона відповідає за значні викиди CO2, настільки, що на неї припадає близько 7% викидів вуглецю в США.

Як зазначається в дослідженні, ефективність та вплив на навколишнє середовище значною мірою визначаються тим, як тепло управляється в печах, зокрема завдяки теплопровідності вогнетривких матеріалів, які можуть витримувати екстремальні температури.

Таким чином, матеріали, отримані з тридиміту, можуть дозволити ефективніше контролювати інтенсивне нагрівання, що виникає під час виробництва сталі. Отже, використовуючи результати дослідження, можна збільшити провідність вогнетривів, що, своєю чергою, зменшить час горіння печей і, як наслідок, зменшить вуглецевий слід сталеливарної промисловості.

Окрім усього цього, група Сімончеллі в Колумбійському університеті досліджує використання тих самих механізмів, що визначають потік тепла в гібридних кристалічно-скляних матеріалах, щоб зрозуміти поведінку інших збуджень у твердих тілах, таких як магнони, що несуть спін, та електрони, що несуть заряд.

Ці концепції допомагають у розробці нових та енергоефективних технологій, включаючи спінтронні пристрої, носимі пристрої та нейроморфні обчислення.

Для цього дослідницька група працює над формулюванням теорій перших принципів для прогнозування експериментальних спостережуваних величин, розробляє методи моделювання за допомогою штучного інтелекту для кількісно точного прогнозування властивостей матеріалів та застосовує їх для виявлення та проектування матеріалів для вирішення інженерних та промислових проблем.

Інвестування в космічні дослідження зі штучним інтелектом

Коли справа доходить до дослідження космосу, Корпорація Lockheed Martin (LMT ) виділяється як головний підрядник для NASA та Міністерства оборони. Компанія розробляє супутникові системи на основі штучного інтелекту та планетарні зонди для підтримки таких місій, як дослідження Марса.

Ринкова капіталізація цієї глобальної аерокосмічної та оборонної компанії становить 101.23 мільярда доларів, а її акції зараз торгуються за ціною 433.60 долара, що на 11% менше з початку року. Її прибуток на акцію (TTM) становить 23.15, а коефіцієнт P/E (TTM) – 18.73. Дивідендна дохідність Lockheed становить 3.04%.

Корпорація Lockheed Martin (LMT )

Тільки цього тижня компанія анонсувала свій новий, більш потужний та живучий супутник попередження про ракетний напад. Під час випробувань супутник OPIR GEO наступного покоління довів свою здатність працювати в умовах суворих температур та сильної вібрації та витримувати їх.

За другий квартал 2 року компанія повідомила про обсяг продажів у розмірі 2025 мільярда доларів, що більше, ніж 18.2 мільярда доларів у тому ж кварталі минулого року. Чистий прибуток за квартал склав 18.1 мільйони доларів, або 342 долара на акцію. Компанія також повідомила про збитки від програм у розмірі 1.46 мільярда доларів та інші витрати у розмірі 1.6 мільйонів доларів. Цей , Згідно Reuters, походила з «труднощів із засекреченою програмою в її аеронавтичному бізнесі та міжнародними вертолітними програмами в її підрозділі Sikorsky».

Протягом цього періоду грошові кошти від операційної діяльності склали 201 мільйон доларів, що значно менше, ніж 1.9 мільярда доларів у другому кварталі 2 року. Тим часом вільний грошовий потік склав (24) мільйонів доларів порівняно з 150 мільярда доларів у тому ж кварталі минулого року. Lockheed також повернув акціонерам 1.5 мільярда доларів через дивіденди та викуп акцій. 

Генеральний директор компанії Джим Тейклет зазначив, що американські та союзні клієнти «просять нас підвищити рівень та пришвидшити багато ключових програм», зокрема замовлення Космічними силами США додаткових супутників GPS IIIF. Він додав:

«Водночас, наш поточний процес перегляду програм виявив нові події, які змусили нас переоцінити фінансовий стан низки основних застарілих програм. Як наслідок, цього кварталу ми беремо на себе низку зобов’язань для вирішення цих нещодавно виявлених ризиків».

Найновіша корпорація Lockheed Martin (LMT) Новини та події акцій

Висновок

Магія штучного інтелекту сягає за межі Землі, у глибини космосу, допомагаючи нам розкривати приховані закономірності в космічних породах, від марсотрусів до екзотичної теплової поведінки. Завдяки цим відкриттям штучний інтелект прискорює відкриття, які змінять наше розуміння Всесвіту. а також майбутнє матеріалів.

Натисніть тут, щоб дізнатися все про інвестування в штучний інтелект.

Список використаної літератури:

1. Трембле, М.М., Марк, Д.Ф., Барфод, Д.Н., Коен, Б.Е., Ікерт, Р.Б., Лі, М.Р., Томкінсон, Т. та Сміт, К.Л. Датування нещодавньої водної активності на Марсі. Geochemical Perspectives Letters, 32, опубліковано 6 листопада 2024 року. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2443
2. Шобер, П.М., Девільпуа, Х.А.Р., Вобайон, Ж. та ін. Історія перигелію та виживання атмосфери як основні чинники, що впливають на метеоритний летапис Землі. Природа астрономії, 9, 799–812 (червень 2025 р.). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02526-6
3. Charalambous, C., Pike, WT, Fernando, B., Wójcicka, N., Kim, D., Froment, M., Lognonné, P., Woodley, S., Ojha, L., Bickel, VT, McNeil, J., Collins, GS, Daubar, IJ, Horleston, A., & Banerdt, B. Нові удари на Марсі: Розгадка шляхів поширення сейсмічних хвиль за допомогою виявлення ударів Cerberus Fossae. Geophysical Research Letters, вперше опубліковано 3 лютого 2025 року. https://doi.org/10.1029/2024GL110159
4. Simoncelli, M., Fournier, D., Marangolo, M., Balan, E., Béneut, K., Baptiste, B., Doisneau, B., Marzari, N., & Mauri, F. Температурно-інваріантна теплопровідність кристал-скло: від метеоритів до вогнетривів. Праці Національної академії наук, 122(28), e2422763122 (11 липня 2025 р.). https://doi.org/10.1073/pnas.2422763122