Strojové učenie prekonáva klasické metódy v predpovedaní intenzít kozmického žiarenia v blízkosti Zeme

Kozmické žiarenie tvoria vysokoenergetické častice, ktoré neustále bombardujú Zem z vesmíru a sú ovplyvnené magnetickou aktivitou Slnka. Keď je Slnko aktívne, na Zem dorazí menej týchto častíc a keď je Slnko pokojné, je ich viac. Pochopenie týchto variácií je nevyhnutné pre výskum vesmírneho počasia, bezpečnosť astronautov, prevádzku satelitov a letectvo.

Vedci už desaťročia často používajú zjednodušený prístup nazývaný aproximácia silového poľa na odhad toho, ako slnečná aktivita ovplyvňuje kozmické žiarenie v blízkosti Zeme. Táto metóda je jednoduchá a ľahko sa používa v mnohých aplikáciách. Nová štúdia publikovaná v časopise Journal of Geophysical Research: Machine Learning and Computation ukazuje, že moderné techniky strojového učenia dokážu dosiahnúť lepšie výsledky.

Výskumníci testovali niekoľko modelov strojového učenia, aby zistili, ako dobre dokážu reprodukovať každodenné zmeny intenzity kozmického žiarenia, pričom použili takmer 3 000 denných meraní z experimentu AMS-02 na palube Medzinárodnej vesmírnej stanice, čo je najpresnejší dlhodobý záznam protónov kozmického žiarenia, aký bol kedy zozbieraný. Výsledky ukázali, že modely strojového učenia poskytujú presnejšie predpovede ako tradičná metóda silového poľa. Najlepší model, XGBoost, dosiahol vynikajúcu zhodu s údajmi AMS-02 s hodnotami R² nad 0,9 pre nižšie energie. Medzi ďalšie testované metódy patrili Random Forest, SGDR, SVM, Transformer a Linear Regression.

Tieto zistenia ukazujú, že strojové učenie dokáže zachytiť charakteristiky správania kozmického žiarenia, čím otvárajú dvere k zlepšeniu predpovedí vesmírneho počasia a lepšiemu modelovaniu radiačného prostredia okolo Zeme.

Citácia: Reference: Nguyen, M., Bobík, P., & Genči, J. (2025). Approximation of daily AMS‐02 spectra with machine learning methods. Journal of Geophysical Research: Machine Learning and Computation, 2, e2025JH000676.
https://doi.org/10.1029/2025JH000676

 

Text: P. Bobík

 

Cosmic ray proton fluxes: AMS‐02 data (red dots), XGBoost (blue dots), and force field (black dots) for first bin (1.00–1.16 GV), eleventh bin (3.29–3.64 GV), sixteenth bin (5.37–5.90 GV), and twenty‐third bin (10.10–11.00 GV).