Ai навчився шукати місця походження марсіанських метеоритів. Це допоможе в моніторингу стихійних лих на землі

26

Місія mars sample return, якщо все піде за планом, принесе на землю пробірки з ретельно відібраним марсіанським грунтом не раніше 2031 року. Але в розпорядженні дослідників вже є багато кілограмів, якщо не центнери, придатних для вивчення зразків порід з марса. Це метеорити, що представляють собою камені, викинуті в космос в результаті зіткнення масивного тіла з червоною планетою і долетіли до нас. Одна біда: без розуміння хоча б регіону походження, не кажучи вже про конкретне місце на поверхні марса, такі об’єкти надають не надто багато корисної інформації.

Іншими словами, їх дослідження дозволяють змалювати геологічну історію червоної планети тільки найзагальнішими мазками. Проте співробітники університету кертін (австралія) за участю фахівців з університетів фелікса-уфуе-буаньї (кот-д’івуар) і тулузького федерального (франція) знайшли спосіб уточнити необхідні дані — визначити, звідки саме астероїди вибили камені, що стали марсіанськими метеоритами. Наукову роботу з результатами своїх досліджень вони опублікували в журналі nature communications.

отримана в результаті роботи іі карта розподілу кратерів діаметром менше 300 метрів на поверхні марса. Всього нейромережа виявила без малого 90 мільйонів слідів імпактних подій на знімках. Червоний канал відображає об’єкти розміром 150-300 метрів, зелений — 75-150 метрів, а синій — 25-75 метрів. Пунктирною лінією виділені провінція фарсида (ліворуч) і рівнина елізій, два найбільших вулканічних регіону червоної планети. Ромби – 19 кратерів-кандидатів у джерела марсіанських метеоритів, а позначки 5 і 3 (зелені ромби) — найбільш ймовірні варіанти, кратери тутінг і 09-00015 / © lagain, a., benedix, g. K., servis, k. Et al. The tharsis mantle source of depleted shergottites revealed by 90 million impact craters. Nat commun 12, 6352 (2021). Https://doi.org/10.1038/s41467-021-26648-3

Ідея вчених-планетологів полягає в наступному. Щоб якась частина викинутого в результаті падіння метеорита матеріалу придбала другу космічну швидкість, зіткнення повинно бути не слабкіше певної межі. Причому, якщо додати в рівняння масу марсіанських уламків, що дісталися до землі в більш-менш збереженому вигляді, вищезгаданий межа повинна бути ще трохи вище. У підсумку коло шуканих кратерів на червоній планеті звузився до порівняно невеликої групи — їх діаметр дорівнює або перевищує три кілометри. До того ж далеко не весь викинутий при ударі матеріал відлітає в космос: велика його частина падає назад на поверхню, формуючи вторинні кратери діаметром в два-п’ять відсотків від первинного.

Тобто імпактна подія, яка породила марсіанські метеорити, що долетіли до землі, залишить на червоній планеті цілком характерний слід: порівняно великий кратер з віялом вторинних воронок навколо. Вони утворюються при будь-яких падіннях небесних тіл на планету або її супутник, але в даному випадку вторинні кратери важливі відразу для двох цілей. По-перше, визначивши їх розміри і кількість, можна уточнити потужність зіткнення астероїда з марсом. А по-друге, оцінюючи швидкість ерозії великої кількості з’явилися практично одночасно кратерів, вийде точніше встановити їх вік.

В результаті завдання визначення джерела марсіанських метеоритів зводиться до чіткої послідовності дій. Спочатку встановлюємо вік дістався до землі каменю і приблизний час його викиду з поверхні червоної планети, а також те, скільки він бовтався в космосі. Це людство вже навчилося робити з високою точністю. Далі-дивимося на марс і шукаємо кратери, які підходять під часові рамки вихідного імпактного події. Виглядає просто, але як тільки з’ясовуються обсяги необхідних для обробки даних, будь-якій людині стає погано. Зате штучний інтелект відчуває себе в таких завданнях як риба у воді. Саме його і задіяли австралійські фахівці.

Вони вибрали конкретну групу марсіанських метеоритів певного класу — шерготіти. Це камені, схожі на впав в 1865 році близько індійського міста шергатті і стався з вулканічного району червоної планети. Всього на землі виявлено 277 підтверджених марсіанських метеоритів, більшість з яких — якраз шерготтіти. Але вчені сфокусували свою увагу на ще більш вузькому класі об’єктів, які були вибиті з поверхні марса 1,1 мільйона років тому (± 200 тисяч років). На наступному етапі дослідження почалося найцікавіше: пошук кратера відповідного віку.

Проблема в тому, що повні набори знімків марса в необхідному для пошуку кратерів потрібного розміру дозволі (три кілометри знайти нескладно, а ось вторинну дрібниця діаметром 75-300 метрів вже важкувато) являють собою колосальні обсяги інформації. Мова про десятки терабайт, що в разі обробки людськими зусиллями представляється воістину титанічною роботою на кілька років, а то і декад. Але в минулому році був розроблений нейромережевий алгоритм для пошуку кратерів (the crater detection algorithm, cda), який вчені просто модернізували і перенавчали на більш високу роздільну здатність.

Ця задача була непростою і зажадала використання потужностей суперкомп’ютерного центру pawsey — найбільш продуктивного в південній півкулі. Зате в підсумку штучний інтелект навчився визначати кратери майже будь-яких розмірів, відрізняти їх від інших кільцеподібних геологічних формацій, а також враховувати ступінь ерозії. Отриману нейромережу» нацькували ” на знімки, зроблені камерами hirise і ctx за 15 років роботи апарату mars reconnaissance orbiter. Результатом її аналізу стали два кратери на поверхні марса, найбільш підходящі на роль джерел обраної групи марсіанських метеоритів.

Це кратери тутінг (tooting) і 09-00015, розташовані в провінції фарсида — найбільшому вулканічному нагір’ї марса. Активні виверження відбувалися там всього 300 мільйонів років тому, що за геологічними мірками буквально вчора. Висновками наукової роботи стали відразу кілька цікавих думок. Насамперед гіпотеза, згідно з якою обрані австралійськими фахівцями шерготтіти відбулися в результаті утворення кратера мохаве, не підтвердилася. Знайдені штучним інтелектом об’єкти підходять набагато краще за цілою низкою ознак, в тому числі за віком.

Ну і, природно, вчені не забули спробувати проаналізувати марсіанські метеорити знову, вже в прив’язці до місця їх походження. З’ясувалося багато цікавих фактів. Виявляється, в такій перспективі можна припустити наявність аномалії в мантії марса під фарсидою. Її природа під великим питанням, але інших причин, чому в цьому регіоні недавно була така висока вулканічна активність і як в місцевих породах сформувалися настільки специфічні камені (що стали шерготтітамі), уявити поки не виходить.

Що цікаво, модернізований cda можна використовувати не тільки для пошуку місць походження марсіанських метеоритів. В удосконаленому вигляді цей нейромережевої алгоритм легко перенавчається під різні атрибути поверхні небесних тел. Фактично його можна адаптувати для аналізу будь-яких знімків з орбіти навколо планети або її супутника. І займатися швидким пошуком, наприклад, слідів стихійних лих-лісових пожеж, повеней або землетрусів. Перспективи величезні, на що автори дослідження роблять особливий акцент.