Астрономи виконували детальні малюнки темних плям на поверхні Сонця ще з часів Ґалілея. Нині є кілька космічних апаратів, які виконують такі спостереження, що дає змогу постійно реєструвати зміни в сонячних плямах і сонячних магнітних полях. Чи можуть комп’ютери допомогти «ув’язати» між собою ці історичні й сучасні набори даних?
Кожного ясного дня, починаючи з 1912 року, спостерігач в обсерваторії Маунт-Вілсон поблизу Лос-Анджелеса малював від руки карту темних плям на диску Сонця ― індикаторів магнітної активності на сонячній поверхні та під нею. Ця скрупульозна практика існувала здавна: перші відомі малюнки сонячних плям датовані 1128 роком н. е.! Мабуть, найвідомішим серед астрономів, які робили такі малюнки, є Ґалілей. Телескоп, який виготовив власноруч Ґалілей, дав змогу йому протягом декількох місяців 1612 р. реєструвати детальні зміни в геометрії сонячних плям.
Фотографія 45-метрової вежі сонячного телескопа обсерваторії Маунт-Вілсона, де щодня отримують зображення сонячні плями, починаючи з 1912 р. Фото з сайту https://aasnova.org.
Історичні записи про сонячні плями дали цінну інформацію про поведінку найближчої до нас зорі. Але нині астрономи мають змогу отримувати і більш складні сонячні дані. Космічні телескопи, такі як Обсерваторія сонячної динаміки (Solar Dynamics Observatory, SDO), реєструють випромінювання Сонця на різних довжинах хвиль і створюють магнітограми, що виявляють магнітне поле на поверхні Сонця. Ці сучасні спостереження уможливили дослідження магнітних полів на Сонці та світла, що випромінюється з активних його ділянок. Завдяки цьому астрономи здобувають інформацію, яка вказує на те, як змінюється діяльність Сонця та як воно впливає на Землю. Було б добре, якби астрономи могли отримати такий самий рівень розуміння завдяки щоденним історичним малюнкам сонячних плям!
Під керівництвом Харіма Лі (Harim Lee) група науковців з Університету Кюн Хі в Республіці Корея взяла на себе завдання перевести малюнки сонячних плям у щось, що більше нагадує сучасні супутникові дані.
Лі та його співробітники визнали: щоденні малюнки сонячних плям, які в обсерваторії Маунт-Вілсон виконували протягом понад 100 років, мають суттєву перевагу над іншими. Між цими малюнками та сучасними супутниковими даними існує перекриття. Автори дослідження дібрали понад тисячу рисунків сонячних плям, отриманих в обсерваторії Маунт-Вілсон з 2011 по 2015 рік, і поєднали їх з відповідними щоденними зображеннями в ультрафіолетовому та екстремальному ультрафіолетовому (UV/EUV) діапазонах спектра, а також магнітограмами, отриманими за допомогою SDO.
Наступний крок науковців — вони навчили комп’ютер заходити зв’язок між наборами даних. Для цього було використано набір з 1046 пар малюнків сонячних плям та зображень від SDO. Лі та співавтори розробили модель глибокого навчання, яка дає змогу на основі малюнка сонячної плями генерувати магнітограму та набір із семи модельованих зображень, що відповідають зображенням від SDO, отриманим в різних довжинах хвиль ультрафіолетового діапазону.
Фотографія малюнка сонячної плями, виготовленого в обсерваторії Маунт-Вілсон. Фото з сайту https://aasnova.org.
Потім автори використали решту 204 пари малюнків сонячних плям та зображень від SDO для оцінки результатів, отриманих завдяки моделюванню. Їм вдалося показати, що модельні зображення точно відтворюють біполярні структури магнітограм та приблизну геометрію активних ділянок на Сонці.
Порівняння між реальними зображеннями, отриманими за допомогою SDO (ліве зображення кожної пари), та модельованими (зображення праворуч в кожній парі) на підставі даних спостережень сонячних плям 8 червня 2014 року. Фото з сайту https://aasnova.org.
Зрештою, Лі та співавтори застосували свою модель до оригінальних малюнків сонячних плям, які у 1612 р. зробив Ґалілей, щоб створити зображення, імітовані під світлини від SDO, та магнітограми, як це могло бути понад чотири століття тому. Автори зазначають: цей унікальний метод модернізації історичних даних, звісно, обмежений в тому, що він дає змогу відтворити, ― але дозволяє отримати уявлення про еволюцію магнітних полів і випромінювання Сонця протягом тривалого часу.
За інф. з сайту https://aasnova.orgaasnova.org
