Teleskop Webba miał potężną wadę, której nie dało się naprawić. Z pomocą przyszła sztuczna inteligencja AMIGO, która cyfrowo koryguje rozmazane zdjęcia kosmosu.
W skrócie:
- Jeden z kluczowych instrumentów Teleskopu Webba, API, dostarczał rozmazane obrazy z powodu zakłóceń elektronicznych, co uniemożliwiało precyzyjne obserwacje.
- Naukowcy z Australii stworzyli AMIGO – sieć neuronową, która działa jak cyfrowy optyk, identyfikuje i koryguje zniekształcone piksele bez fizycznej interwencji.
- Algorytm już wyostrzył zdjęcia egzoplanety, brązowego karła i strugi z czarnej dziury, przywracając teleskopowi pełną sprawność i poszerzając jego możliwości.
Wyobraźmy sobie taką sytuację. Wydajesz 10 miliardów dolarów na najbardziej zaawansowane kosmiczne oko w historii ludzkości, wysyłasz je 1,5 miliona kilometrów od Ziemi, a potem odkrywasz, że jedno z jego kluczowych narzędzi zamiast dostarczać obrazy ostre jak brzytwa, wysyła cyfrowy chłam. Brzmi jak scenariusz katastroficznego filmu, prawda? A jednak to właśnie przytrafiło się Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba – dumie NASA i partnerów. Na szczęście tym razem nie trzeba było wysyłać w kosmos Bruce’a Willisa. Wystarczył algorytm.
Jak naprawić teleskop, gdy śrubokręt jest 1,5 miliona kilometrów stąd?
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) od momentu uruchomienia w 2022 roku regularnie redefiniuje nasze pojęcie o wszechświecie. Pokazuje nam galaktyki z zarania dziejów i planety, o których istnieniu mogliśmy dotąd tylko spekulować. Pomimo tego, nie wszystko działało idealnie. Problemem okazał się instrument pomocniczy API (Aperture Masking Interferometry), zaprojektowany do obrazowania bardzo słabych i małych obiektów, takich jak egzoplanety. Działa on w duecie z jednym z głównych instrumentów obserwatorium – kamerą bliskiej podczerwieni NIRISS. I to właśnie ten duet zawodził.
Zamiast krystalicznie czystych obrazów, API generował dane pełne rozmyć i cyfrowych artefaktów. Szybko zdiagnozowano przyczynę – zakłócenia elektroniczne w detektorze podczerwieni. W przypadku Teleskopu Hubble’a, krążącego na niskiej orbicie okołoziemskiej, problem można było rozwiązać misją serwisową. Astronauci po prostu polecieli i wymienili wadliwe części. Webb znajduje się jednak w miejscu znanym jako punkt libracyjny L2, cztery razy dalej niż Księżyc. Misja załogowa jest, mówiąc wprost, niemożliwa.
Kim jest AMIGO, cyfrowy optyk z Australii?
Gdy inżynierowie bezradnie rozkładali ręce, do gry wkroczyli naukowcy z Uniwersytetu w Sydney. Dwóch byłych doktorantów, Max Charles i Louis Desdoigts, postanowiło podejść do problemu nie od strony sprzętu, lecz oprogramowania. Tak narodził się AMIGO (Algorithm for Mitigation of Instrument Ghosting and Optical-ghosting) – specjalistyczna sieć neuronowa, która działa jak cyfrowy optyk dla teleskopu.
Mechanizm jest genialny w swojej prostocie. AMIGO analizuje surowe dane z instrumentu API, wykrywa piksele zniekształcone przez zakłócenia elektryczne, a następnie inteligentnie je koryguje. Zamiast fizycznie wymieniać wadliwy element, algorytm cyfrowo “czyści” obraz, przywracając mu ostrość i szczegóły, które wcześniej ginęły w szumie. Co więcej, robi to błyskawicznie i bezinwazyjnie. AMIGO może przetwarzać zarówno archiwalne dane, które uznano za bezużyteczne, jak i poprawiać nowe obserwacje niemal w czasie rzeczywistym.
Co już udało się zobaczyć? Efekty mówią same za siebie
To nie jest tylko teoretyczny koncept. AMIGO już przeszedł chrzest bojowy i dowiódł swojej skuteczności. W pierwszych testach algorytm z powodzeniem wyostrzył obraz słabej egzoplanety oraz chłodnego brązowego karła, oddalonego od nas o 133 lata świetlne. To jednak był dopiero początek. Później sztuczna inteligencja wzięła na warsztat obrazy strugi materii wyrzucanej przez supermasywną czarną dziurę, a także wulkaniczną powierzchnię Io, jednego z księżyców Jowisza. Poprawiono nawet zdjęcia wiatru gwiazdowego z odległej gwiazdy zmiennej.
Według zespołu naukowego, który stworzył narzędzie, AMIGO nie tylko naprawił wadę instrumentu API, ale wręcz poszerzył jego potencjał obserwacyjny. Wszystko wskazuje na to, że połączenie zaawansowanej optyki i wyspecjalizowanej sztucznej inteligencji to przyszłość astronomii. Problemy, które jeszcze dekadę temu wymagałyby niewyobrażalnie drogich i ryzykownych misji kosmicznych, dziś można rozwiązać za pomocą kilku linijek kodu. Dzięki cyfrowemu przyjacielowi z Australii, Teleskop Webba dostał drugą młodość i jest gotów, by dalej odkrywać największe tajemnice wszechświata.