Международное исследование под руководством UNAM выявило семь действующих вулканов на спутнике Юпитера Ио.

Ио, третий по величине спутник Юпитера, является местом с самой высокой вулканической активностью во всей Солнечной системе. Расположенный на расстоянии около 628 миллионов километров от Земли, это мир, находящийся в постоянном извержении, с сотнями действующих вулканов, которые постоянно меняют его необычный ландшафт. Поэтому детальное наблюдение его поверхности, погруженной в постоянное растяжение и сжатие, которое вызывает деформации до 100 метров в зависимости от его орбитального положения по отношению к Юпитеру, представляет собой огромный вызов для обычных инструментов и технологий. Теперь международная группа под руководством Джоэла Санчеса Бермудеса из Института астрономии УНАМ сумела идентифицировать семь действующих вулканов на спутнике и раскрыть неизвестные ранее детали их структуры. В отличие от земных вулканов, имеющих коническую форму и кратер на вершине, вулканы на Ио имеют форму чашечек с лавой в центре. Исследование позволило составить карту семи вулканических структур и их извержений, а также обнаружить области с отложениями, которые могут содержать диоксид серы. Исследование, опубликованное в британском журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, является пионером как в области наблюдений, проводимых с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, так и в области технологии обработки данных с помощью искусственного интеллекта, созданной для получения детальных изображений поверхности Ио. «Это первый случай использования данной техники в космическом телескопе, а также первый случай наблюдения объекта Солнечной системы с ее помощью», — поясняет в интервью нашей газете Джоэл Санчес Бермудес, первый автор исследования. «Новизна заключается скорее в анализе данных, в том, что мы смогли провести реконструкцию с помощью нейронных сетей, а не с помощью классического для этого процесса». В отличие от большинства наблюдений, проведенных с помощью телескопа Джеймса Уэбба, Санчес и его коллеги решили использовать интерферометрию с апертурной маской (AMI), технику, которая сочетает различные световые сигналы для получения одного более детального изображения. Чтобы запустить ее на телескопе Джеймса Уэбба, однако необходимо частично закрыть главный зеркало телескопа, состоящее из 18 шестиугольных сегментов, алюминиевой маской, «кругом с семью отверстиями на поверхности», — объясняет астроном, держа в руках точную копию маски, которая находится на орбите вместе с космическим телескопом в 1,5 миллионах километров от Земли. «Когда она помещается в зрачок телескопа, каждое из отверстий превращается в маленький телескоп, и мы видим интерференционную картину света, проходящего одновременно через семь отверстий, что позволяет нам улучшить разрешающую способность и более четко наблюдать детали исследуемых объектов», — утверждает он. Эта техника часто используется в больших наземных телескопах. Однако впервые она применяется в телескопе Джеймса Уэбба, первом космическом телескопе, спроектированном с возможностью проведения интерферометрии. После получения данных с космического телескопа Санчес, эксперт по обработке изображений, полученных с помощью интерферометрии, заметил, что стандартные алгоритмы не работают в этом конкретном случае, и, учитывая свой недавний опыт работы с искусственным интеллектом, он поэкспериментировал с различными нейронными сетями, чтобы добиться лучших результатов. «Изображение было размытым, и, поскольку в последние годы я работал над разработкой новых алгоритмов на основе искусственного интеллекта, мне пришло в голову немного изменить парадигму», — объясняет он. После испытания различных архитектур и создания синтетических моделей Ио для их обучения Санчес и его коллеги разработали новый метод обработки на основе нейронных сетей, который корректирует и очищает изображения до получения более четких результатов: «Мы используем сеть, которая очищает изображение по нескольким слоям, пока в конце концов не удается восстановить изображение, на котором более четко видны положение вулканов и структуры, которые можно увидеть на фоне диска». Это исследование создает прецедент как для продвижения в понимании динамики тел Солнечной системы, так и для обработки сложных астрономических изображений с помощью искусственного интеллекта.