Právě kvůli vyhledávání ve vesmíru a zpracování získaných dat vznikl projekt 4MOST, nový průzkumný systém Evropské jižní observatoře (ESO), který kombinuje špičkovou optiku s umělou inteligencí.
Vesmír produkuje více dat, než mohou lidé zpracovat
Astronomové dnes pracují s prakticky nekonečným množstvím informací. Nestačí pouze zachytit světlo vzdálených hvězd a galaxií. Mnohem důležitější je z těchto dat získat co nejvíce poznatků a identifikovat objekty, které stojí za podrobnější výzkum.
Proto vedle velkých pozorovacích dalekohledů existují také takzvané průzkumné teleskopy. Jejich úkolem není studovat jednotlivé objekty do detailu, ale rychle mapovat rozsáhlé oblasti oblohy a vytvářet katalogy kandidátů pro následná pozorování pomocí zařízení, jako jsou Hubbleův vesmírný teleskop, James Webb Space Telescope nebo Very Large Telescope v chilské poušti Atacama.
Mohlo by vás zajímat
Nový život pro teleskop VISTA
4MOST nevznikl jako zcela nový teleskop. Vědci modernizovali stávající observatoř VISTA a vybavili ji novou optikou i širokoúhlým objektivem, který přibližně zdvojnásobil její zorné pole. Výsledkem je výkonný průzkumný nástroj schopný systematicky mapovat oblohu v dosud nevídaném rozsahu.
Přestože má primární zrcadlo průměr „pouhé“ čtyři metry, na průzkumný teleskop nabízí mimořádně vysoký světelný výkon. To je přesně to, co astronomové potřebují pro rychlé a rozsáhlé mapování vesmíru.
Místo fotografie tisíce spekter najednou
Největší inovace systému 4MOST neleží v optice, ale v samotném ohnisku teleskopu. Zatímco běžný dalekohled pořizuje fotografie, zde se nachází pole 2 436 optických vláken.
Každé vlákno zachytává světlo jednoho konkrétního objektu a předává ho spektrografům, které rozloží světlo na jednotlivé vlnové délky. Výsledkem není obrázek, ale spektrum obsahující obrovské množství informací o fyzikálních vlastnostech objektu. Astronomové tak mohou zjistit například:
- stáří hvězdy
- chemické složení
- teplotu
- gravitaci na jejím povrchu
- rychlost pohybu vůči Zemi
Namísto milionů pixelů tedy získávají tisíce vysoce kvalitních spektrálních měření najednou. Podle plánů by měl 4MOST během následujících let získat více než 25 milionů spekter hvězd a galaxií z celé oblohy.
Zdroj: AIP/Allar Saviauk
Robotická observatoř
Celý systém funguje prakticky autonomně. Optická vlákna jsou pomocí miniaturních motorů automaticky přesouvána na nové cíle. Po přibližně deseti minutách pozorování se konfigurace změní a teleskop pokračuje na další oblasti oblohy.
Díky této automatizaci dokáže při dobrých podmínkách analyzovat přibližně 10 000 objektů za hodinu a desítky tisíc objektů během jediné noci. To představuje obrovský skok oproti starším spektrografům, kde bylo často nutné optická vlákna instalovat ručně.
Kde nastupuje umělá inteligence
Právě zde vstupuje do hry AI. Astronomové totiž čelí dvěma zásadním problémům:
- Vybrat z milionů známých objektů ty, které se skutečně vyplatí pozorovat
- Najít mezi miliony spekter něco neobvyklého a potenciálně převratného
Ruční zpracování takového množství dat je nemožné. Proto vznikly specializované algoritmy využívající strojové učení a neuronové sítě.
Zdroj: ESO
Chytré plánování pozorování
Strojové učení pomáhá optimalizovat rozdělení oblohy na pozorovací oblasti a efektivně využívat zorné pole teleskopu. Současně AI analyzuje meteorologická data a předpovídá kvalitu pozorovacích podmínek včetně oblačnosti nebo očekávané ostrosti obrazu. Díky tomu lze dopředu rozhodnout, které objekty mají být v danou noc prioritou.
Automatická klasifikace objektů
Neuronové sítě se učí na reálných i simulovaných spektrech. Následně dokážou automaticky rozpoznávat různé typy hvězd, galaxií, bílých trpaslíků nebo kvasarů a zároveň upozorňovat na objekty, které se výrazně odchylují od známých vzorů.
Právě takové anomálie bývají často nejzajímavější. Mohou vést k objevu dosud neznámých typů objektů nebo pomoci lépe pochopit vývoj galaxií a hvězd.
Zdroj: F. Watson
Datové centrum v Cambridge
Získaná spektra nejsou vyhodnocována přímo na observatoři. Data putují do specializovaného astronomického výpočetního centra v britském Cambridge, kde probíhá další automatizované zpracování.
Výsledky se následně ukládají do astronomických katalogů a vědci dostávají upozornění na potenciálně zajímavé nálezy. Ty pak mohou být podrobeny detailnímu zkoumání pomocí mnohem větších teleskopů.
Co chce 4MOST objevit?
Výzkumné cíle projektu jsou mimořádně široké:
- mapování struktury Mléčné dráhy
- studium hvězdných proudů vzniklých pohlcením trpasličích galaxií
- analýza chemického vývoje naší galaxie
- zkoumání vzdálených galaxií a kvasarů
- rychlá identifikace nových přechodných jevů, například supernov
Projekt vychází z více než 150 katalogů vytvořených v rámci 25 vědeckých programů a navazuje na data získaná předchozími misemi, například družicí Gaia.
Mohlo by vás zajímat
Nepřímý pomocník při hledání exoplanet
4MOST sice není určen k přímému objevování nových exoplanet, přesto může významně pomoci jejich výzkumu. Porovnáváním spekter hvězd s potvrzenými planetami a hvězd bez známých planet mohou astronomové lépe pochopit, za jakých podmínek planetární soustavy vznikají a jaké typy planet se kolem různých hvězd vyskytují.
Budoucnost astronomie bude patřit AI
4MOST ukazuje, kam se moderní astronomie posouvá. Stále větší roli nehraje samotný teleskop, ale schopnost efektivně zpracovat obrovská datová úložiště. Bez umělé inteligence by bylo nemožné analyzovat desítky milionů spekter a vyhledávat mezi nimi vzácné kosmické jevy.
Teleskop 4MOST proto není jen novým astronomickým přístrojem. Je ukázkou toho, jak se špičkový hardware, automatizace a umělá inteligence spojují při mapování vesmíru a hledání odpovědí na otázky, které si lidstvo klade už po staletí.
14 foto
