搜寻陨石的人工智能将在极地冰层中搜寻埋藏的太空岩石

南极陨石考察任务艰苦卓绝,但科学家们设计出一种新的人工智能,可以帮助定位陨石密集区。
two researchers in winter gear crouch over a small rock in an icy windy landscape. next to them are yellow and black snow mobiles
在靠近比利时南极研究站公主伊丽莎白站的楠森蓝冰区采集陨石。楠森冰原 2019-2020 年陨石回收考察队的现场团队

陨石是我们太阳系的记录者。作为经历了漫长岁月形成和演化的行星体的一部分,科学家们可以通过研究这些坠落的太空岩石获得重要的宇宙学见解。

但要做到这一点,他们必须先找到这些难以捉摸的宇宙珍宝。迄今为止,在地球上发现的陨石约有 62% 是 在南极洲发现 的。以往前往地球上最寒冷、最冰冷大陆的陨石考察任务,依赖于纯粹的运气和经验丰富的太空岩石猎人的过往经验。

“捡到”陨石黄金也来之不易;大多数行程通常会因挖掘发现所需的巨大劳动量而受阻。现在,在今天发表于《科学进展》杂志的一项新研究中,研究人员开发了一种替代性的、成本效益高的方法来寻找陨石富集区(MSZs),即太空岩石高密度集中的区域。

利用机器学习,开发出一种人工智能,可以预测南极洲任何地方陨石的可能位置。根据研究,该系统准确识别了该地区 80% 以上已知的陨石富集区。

研究人员有信心,这将有助于征服未探索的区域。“这在大陆尺度上甚至在局部尺度上都从未做过,”比利时自由布鲁塞尔大学的研究员、《科学进展》杂志的首席作者 Veronica Tollenaar 说。这种数据驱动的分析“以前从未以这种方式进行过”。

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在某些区域,岩石暴露在地表。在这里,陨石搜寻是通过徒步进行的。鸣谢:楠森冰原 2019-2020 年陨石回收考察队的现场团队

Tollenaar 表示,在实地搜寻时,科学家们仍然有理由运用他们直觉,而直觉通常基于重要的研究和过去的经验。但她补充说,他们的工具可以用于验证。人工智能能够证实或否定许多专家凭“直觉”追踪陨石的判断,同时还能抑制昂贵的陨石回收工作。

Tollenaar 和她的团队训练了一个机器学习算法,使其能够识别出研究人员发现陨石的 2,254 个地点,以及 210 万个未知陨石存在的地点。然后,他们创建了一个指数,根据潜在实地考察的便捷性和成功率对陨石富集区进行排名。

其中一些未探索的区域甚至被发现在靠近南极洲 70 个永久研究站的附近。

a scientist in winter gear gives a thumbs up on an ice sheet. the ice sheet has been imposed with a grid pattern created by an artist
南极陨石藏宝图的艺术家概念图(未按比例)。鸣谢:JARE-54/BELARE 2012-2013 年楠森蓝冰原考察队现场团队/Janbert Aarnink 的艺术家概念图

为了准确绘制大陆地图并进行预测,该技术利用了南极地表温度、地表速度、地表坡度和雷达后向散射的卫星数据——雷达后向散射是指电磁能量被地形反射回其源头。团队需要考虑这些因素,因为当陨石坠落到地面时,它们通常会被困在南极洲厚厚的、被雪覆盖的冰盖中,而冰盖覆盖了整个大陆约 98% 的面积。

随着这些陨石随着冰流和引力在区域下方移动,其中许多最终会进入海洋。但一些特别幸运的样本会重新浮出水面,这就是所谓的蓝冰区(BIAs),这些区域呈现出明显的浅蓝色调,这是由于雪的融化速度快于积雪的速度造成的。

许多这些被剥离出来的太空岩石来自火星和木星之间,但一些稀有品种是月球陨石,一些科学家说,它们来自月球的背面。无论其天体起源如何,所有这些岩石碎片“都能真正告诉我们很多关于地球内部的情况,”瑞士苏黎世联邦理工学院的冰川学家、该研究的合著者之一 Harry Zekollari 说。

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陨石的收集遵循严格的协议,以避免在实验室分析前受到污染。鸣谢:JARE-54/BELARE 2012-2013 年楠森蓝冰原考察队的现场团队

Zekollari 曾两次访问南极洲,他表示,考察探险可能很困难,但回收陨石的科学价值太宝贵了,不容错过。“我们对我们太阳系有多古老有很多了解,这些知识确实来自陨石,”Zekollari 说。

在科学界已发现的 45,000 颗陨石中,Tollenaar 的团队预计仍有约 300,000 颗埋藏在南极洲稠密的冰盖之下。他们的研究还推测,自 1912 年发现第一颗南极陨石以来,地表陨石中只有不到 15% 被回收。

Zekollari 将其中一些差距归因于实地研究通常的进行方式。“到目前为止,在实地考察中只是四处走动,通常是乘坐雪地摩托,”他说。“你只是在寻找陨石,但你可能会错过很多。”

scientists in big red winter coats, gloves and gear crouch down on an ice sheet to examine a dark gray rock embedded in the snow
在靠近比利时南极研究站公主伊丽莎白站的楠森蓝冰区发现的一块异常大的陨石。鸣谢:Harry Zekollari

在未来,Zekollari 的梦想是像利用人工智能一样利用无人机。这项最新工具不仅可以提高单次考察的效率,还可以改善世界各地的陨石探索任务。

至于该项目的下一步,研究作者们已经为可能在明年进行的一次南极考察任务做准备,他们希望届时能亲自测试新的算法。

“我们想找到尽可能多的陨石,我们希望每个人都能找到它们,”Zekollari 说。“通过这项研究,我们试图引导人们朝着正确的方向前进。”

 

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Tatyana Woodall

科学特约撰稿人

Tatyana Woodall是Popular Science的常驻撰稿人。她居住在俄亥俄州,对科学技术如何在日常生活中交织在一起非常感兴趣。


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