Бельгийско-голландская группа ученых создала первую в истории «карту сокровищ», которая показывает, где в Антарктиде могут быть найдены метеориты. Метеориты — это куски камнеподобного материала, которые можно найти на поверхности Земли после падения из космоса.
В отличие от земных пород, метеориты не пострадали от выветривания и вулканизма нашей планеты и поэтому считаются бесценным архивом самых ранних стадий нашей Солнечной системы. В то время как горные породы не могут ничего сказать нам о первых полумиллиардах лет существования нашей планеты, составляющем 4,55 миллиарда лет , большинство метеоритов из пояса астероидов позволяют нам вернуться назад на 4,6 миллиарда лет назад. Подавляющее большинство зарегистрированных метеоритов в Антарктиде происходят из пояса астероидов , при этом около 1% приходится на Луну и Марс.
Метеориты в Антарктиде
Метеориты регулярно падают на поверхность Земли: во Франции ежегодно падает около 50 метеоритов весом более 10 г. Однако выявлять их — все равно, что искать иголку в стоге сена, и ученые, участвовавшие в кампаниях по поиску метеоритов, часто возвращаются с пустыми руками.
Наоборот, обнаружить метеориты на отдаленном Южном полюсе на удивление легко. Это происходит из-за принципа, известного как механизм концентрации, согласно которому специфические потоки льда и метеорологические закономерности заставляют метеориты скапливаться в довольно небольших областях, известных как зоны выброса метеоритов.
Когда метеориты падают на Антарктику, они обычно застревают в ледяном щите и дрейфуют в сторону океанов. Это побудило некоторых описать лед как «естественный конвейер» для метеоритов. Иногда горы, иногда скрытые под ледяным щитом, могут встать у них на пути и перенаправить их к поверхности ледяного щита.
Метеориты всегда находят на поверхности тех мест, где ветер сдул снег, оставив обнаженным лед с голубоватым оттенком. Такие зоны известны как области голубого льда. Хотя метеориты всегда регистрируются в таких районах, не все их содержат.
Как только обнаружена богатая метеоритами область голубого льда, относительно легко обнаружить темные камни на фоне светлых оттенков льда. Успех поисков метеоритов в Антарктиде не имеет себе равных: более 60% метеоритов, обнаруженных на Земле, находятся в антарктическом ледяном щите . И потенциал остается в значительной степени неиспользованным: на сегодняшний день только часть всех областей антарктического голубого льда была проверена на наличие метеоритов с разной степенью успеха.
Определение места поиска
Чтобы установить, где искать метеориты, нам сначала нужно понять, что отличает богатую метеоритами область голубого льда от области без метеоритов. Для этого доступно много данных: местонахождение и год обнаружения метеоритов хранятся в специальной базе метеоритных бюллетеней . Ученые также могут получить доступ к полевым отчетам с подробным описанием некоторых успешных и неудачных метеоритных миссий, которые были проведены с момента открытия механизма концентрации в 1969 году.
До сих пор решение о том, где искать, было задачей небольшого числа экспертов. Это означает, что в миссиях по поиску метеоритов задействован огромный человеческий фактор, и невозможно оценить потенциал каждой отдельной области на континенте, который примерно в 25 раз превышает размер Франции. Чтобы помочь спланировать часто дорогостоящие и сложные с точки зрения логистики миссии, наша команда разработала карту, на которой показаны потенциальные зоны падения метеоритов.
От реального мира к наблюдаемому миру
Чтобы составить метеоритную «карту сокровищ», нам пришлось перевести реальный мир в наблюдаемые числа. С этой целью мы нанесли сетку из ячеек размером 450 на 450 метров над участками голубого льда и их ближайшим окружением.
В тех случаях, когда метеориты были обнаружены в ячейке сетки, ячейка сетки помечается как «положительная». Остальные ячейки сетки остаются немаркированными. Каждая ячейка содержит информацию, полученную из спутниковых и радиолокационных наблюдений, включая температуру поверхности, скорость течения льда , типы поверхностного покрова или уклон. Такие данные позволяют нам предсказать, где мы можем найти метеориты.
Машинное обучение для прогнозов по всему континенту
Машинное обучение и статистические модели позволяют нам комбинировать эти различные наблюдения и учитывать возможные неопределенности, связанные с данными. Производительность алгоритма прогнозирования оптимизируется за несколько итераций. Каждый раз предсказания алгоритма проверяются на нескольких участках, о которых известно, что они несут метеориты или нет.
Работу алгоритма можно разделить на несколько этапов. Во-первых, алгоритм узнает, что представляет собой типичная положительная или немаркированная ячейка сетки. Изучив данные, относящиеся к разным ячейкам сетки, алгоритм может рассчитать вероятность того, что немаркированная ячейка сетки содержит метеориты или нет.
Ячейки сетки, которые потенциально содержат метеориты, затем группируются в зоны выброса метеоритов на площади от нескольких до сотен квадратных километров. Наше исследование показывает, что точность этих предсказанных зон падения метеорита оценивается более чем в 80% .
Анализ предсказанных областей подтверждает, что алгоритму машинного обучения удается уловить взаимодействие между различными явлениями. В то время как возможности найти метеориты изобилуют по всему континенту, некоторые районы рядом с существующими исследовательскими станциями остаются неисследованными, что делает разведывательный визит очень привлекательным.
«Карта сокровищ» знаменует собой новую эру поиска метеоритов в Антарктиде. Делясь нашими исследованиями с коллегами по всему миру, мы подходим к сбору метеоритов как к совместным усилиям всего сообщества. В ответ ученые из таких разных стран, как Корея, Индия, Чили или США, проявили интерес к изучению указанных областей.
