هوش مصنوعی پرده از طوفان‌های پنهان مریخ با سرعت ۱۶۰ کیلومتر در ساعت برداشت!

مریخ شاید از دور آرام به نظر برسد، اما دانشمندان کشف کرده‌اند که این سیاره با بادهای سریع و برج‌هایی از غبار در حال چرخش زنده است. محققان با استفاده از یادگیری عمیق بر روی ده‌ها هزار تصویر ماهواره‌ای از مدارگردهای اروپایی، دریافتند که گردبادهای مریخی و بادهای محرک آن‌ها می‌توانند به سرعتی تا ۱۶۰ کیلومتر در ساعت برسند که بسیار قوی‌تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد. این جریان‌های هوای قدرتمند یک نیروی کلیدی در شکل‌دهی آب و هوا و اقلیم مریخ هستند؛ زیرا مقادیر عظیمی از غبار را به اتمسفر (جو) بلند می‌کنند.

بادهای اسرارآمیز و غبار در حال چرخش بر روی مریخ

بادها و گردبادهای مریخ می‌توانند به سرعت‌هایی تا ۱۶۰ کیلومتر در ساعت دست یابند، بسیار سریع‌تر از آنچه دانشمندان قبلاً باور داشتند. این کشف از یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی به رهبری دانشگاه برن به دست آمده است که از یادگیری ماشینی پیشرفته برای تجزیه و تحلیل تصاویر ثبت‌شده توسط دوربین مریخ برن به نام CaSSIS و دوربین استریوی HRSC استفاده کردند. این یافته‌ها داده‌های ارزشمندی ارائه می‌دهند که به محققان کمک می‌کند تا عملکرد اتمسفر مریخ را بهتر درک کنند، مدل‌های اقلیمی را بهبود بخشند و از برنامه‌ریزی مأموریت‌های آتی به سیاره سرخ حمایت کنند.

با وجود اینکه مریخ جو بسیار نازکی دارد، همچنان بادهایی را تجربه می‌کند که نقشی کلیدی در شکل‌دهی آب و هوای آن و جابجایی غبار در سراسر سیاره ایفا می‌کنند. این بادها ذرات ریز را به ستون‌های چرخانی معروف به گردبادهای غبار (dust devils) تبدیل می‌کنند، برج‌های چرخان غبار و هوا که در سطح حرکت می‌کنند. در حالی‌که خودِ بادها در تصاویر دیده نمی‌شوند، گردبادهای غبار به وضوح نمایان هستند و همین امر آن‌ها را به ابزاری مهم برای دانشمندانی تبدیل می‌کند که حرکت جوی نامرئی را مطالعه می‌کنند.

این تحقیق، به سرپرستی دکتر والنتین بیکل از مرکز فضا و قابلیت سکونت در دانشگاه برن، فاش کرد که گردبادهای غبار و بادهای اطراف آن‌ها بسیار قوی‌تر از برآوردهای قبلی هستند. این بادهای پرسرعت احتمالاً مسئول بخش زیادی از غباری هستند که به‌طور مداوم در اتمسفر مریخ برانگیخته می‌شود و هم آب و هوا و هم اقلیم بلندمدت سیاره را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این مطالعه که با همکاری دپارتمان تحقیقات فضایی و سیاره‌شناسی دانشگاه برن، دانشگاه آزاد بریتانیا و مرکز هوافضای آلمان (DLR) انجام شده، اخیراً در مجله Science Advances منتشر شده است.

یادگیری عمیق هزاران گردباد غبار را آشکار می‌کند!

والنتین بیکل، نویسنده اصلی مقاله، توضیح می‌دهد:

با استفاده از یک رویکرد یادگیری عمیق پیشرفته، توانستیم گردبادهای غبار را در بیش از ۵۰ هزار تصویر ماهواره‌ای شناسایی کنیم.

این تیم از تصاویر دوربین مریخ مستقر در برن یعنی CaSSIS (سیستم تصویربرداری رنگی و استریو سطح) و دوربین استریوی HRSC (دوربین استریو با وضوح بالا) استفاده کردند. دوربین CaSSIS بر روی مدارگرد ردیاب گاز مریخ ExoMars آژانس فضایی اروپا (ESA) قرار دارد، در حالی‌که دوربین HRSC بر روی مدارگرد Mars Express این آژانس سوار است. بیکل ادامه می‌دهد:

بنابراین، مطالعه ما منحصراً بر اساس داده‌های حاصل از کاوش‌های فضایی اروپایی در مریخ است.

در مرحله بعد، محققان تصاویر استریو حدود ۳۰۰ گردباد غبار شناسایی شده را بررسی کردند تا جهت و سرعت آن‌ها را تعیین کنند. نیکولا توماس، یکی از نویسندگان همکار که رهبری توسعه سیستم دوربین CaSSIS در دانشگاه برن را بر عهده داشت، توضیح می‌دهد:

تصاویر استریو، تصاویری از یک نقطه در سطح مریخ هستند، اما با فاصله چند ثانیه از هم گرفته شده‌اند. بنابراین، می‌توان از این تصاویر برای اندازه‌گیری حرکت گردبادهای غبار استفاده کرد.

بیکل می‌افزاید:

اگر تصاویر استریو را در یک دنباله کنار هم قرار دهید، می‌توانید مشاهده کنید که گردبادهای غبار با چه پویایی در سطح حرکت می‌کنند.

سرعت بادهای رکوردشکن در سراسر سیاره سرخ

نتایج نشان می‌دهد که گردبادهای غبار و بادهای اطراف آن‌ها بر روی مریخ می‌توانند به سرعت‌هایی تا ۴۴ متر بر ثانیه، یعنی حدود ۱۶۰ کیلومتر در ساعت، در سراسر سیاره برسند، که بسیار سریع‌تر از فرضیات قبلی است (اندازه‌گیری‌های قبلی در سطح نشان داده بودند که سرعت بادها اغلب زیر ۵۰ کیلومتر بر ساعت باقی می‌ماند و در موارد نادر می‌تواند حداکثر به ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت برسد).

سرعت بالای باد به نوبه خود بر چرخه غبار در سیاره سرخ تأثیر می‌گذارد: بیکل می‌گوید:

این بادهای قوی و مستقیم به احتمال زیاد مقدار قابل توجهی غبار را وارد اتمسفر مریخ می‌کنند—بسیار بیشتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد.

او ادامه می‌دهد:

داده‌های ما نشان می‌دهد که کجا و چه زمانی بادها در مریخ به نظر می‌رسد به اندازه کافی قوی هستند که غبار را از سطح بلند کنند. این اولین بار است که چنین یافته‌هایی در مقیاس جهانی برای دوره‌ای حدود دو دهه در دسترس قرار می‌گیرد.

آماده‌سازی برای آینده: مأموریت‌های مریخ ایمن‌تر و هوشمندتر

نتایج به دست آمده به ویژه برای مأموریت‌های آینده مریخ نیز اهمیت دارند. دانیلا تیرش از مؤسسه تحقیقات فضایی در مرکز هوافضای آلمان (DLR) و یکی از نویسندگان همکار این مطالعه، توضیح می‌دهد:

درک بهتر شرایط باد در مریخ برای برنامه‌ریزی و اجرای مأموریت‌های فرود آینده حیاتی است.” تیرش ادامه می‌دهد: “با کمک یافته‌های جدید در مورد دینامیک باد، می‌توانیم اتمسفر مریخ و فرآیندهای سطحی مرتبط با آن را با دقت بیشتری مدل‌سازی کنیم.

این مدل‌ها برای ارزیابی بهتر خطرات برای مأموریت‌های آتی و تطبیق سیستم‌های فنی بر این اساس ضروری هستند. بنابراین، مطالعه جدید یافته‌های مهمی را برای تعدادی از حوزه‌های تحقیقاتی در مریخ، مانند تحقیق در مورد شکل‌گیری تپه‌های ماسه‌ای و رگه‌های شیب‌دار، و همچنین ایجاد مدل‌های آب و هوا و اقلیمی مریخ فراهم می‌کند.

به سوی دیدگاهی جهانی از آب و هوای مریخ

محققان قصد دارند مشاهدات گردبادهای غبار را بیش از پیش تقویت کرده و داده‌های به دست آمده را با مشاهدات هدفمند و هماهنگ گردبادهای غبار با استفاده از CaSSIS و HRSC تکمیل کنند. بیکل در پایان می‌گوید:

در بلندمدت، تحقیقات ما باید به کارآمدتر کردن برنامه‌ریزی مأموریت‌های مریخ کمک کند.

منبع: Scitechdaily