هوش مصنوعی چگونه تلسکوپ ۱۰ میلیارد دلاری وب ناسا را از تاری دید نجات می‌دهد؟
دانشمندان استرالیایی در دانشگاه سیدنی، تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا را بدون آن‌که زمین را ترک کنند، تعمیر می‌کنند. آن‌ها با استفاده از یک نرم‌افزار مبتنی بر هوش مصنوعی به نام امیگو، تاری تصاویر ناشی از اختلال‌های الکترونیکی جزئی را از بین می‌برند.
این اصلاح نرم‌افزاری، قدرت کامل تلسکوپ را برای مشاهده سیاره‌های فراخورشیدی و پدیده‌های کیهانی بازمی‌گرداند. این دستاورد نشان می‌دهد که چگونه فناوری هوش مصنوعی و کدنویسی می‌تواند عملکرد یکی از گران‌ترین و پیشرفته‌ترین ابزارهای علمی جهان را حفظ کند.
دانشجویان سیدنی تیزبین‌ترین چشم جهان را تعمیر می‌کنند
دو دانشجو از دانشگاه سیدنی (University of Sydney) به نام‌های لوئی دزدوآ (Louis Desdoigts)، به موفقیتی دست می‌یابند که در گذشته تنها با حضور فضانوردان در ماموریت‌های فضایی ممکن بود. آن‌ها وضوح دید قدرتمندترین رصدخانه بشریت را بدون ترک زمین افزایش می‌دهند.
پژوهشگران دانشگاه سیدنی یک راه‌حل نرم‌افزاری ابتکاری طراحی می‌کنند که تاری را از تصاویر ثبت‌شده توسط تلسکوپ چند میلیارد دلاری جیمز وب ناسا حذف می‌کند. این کار عملکرد دقیق و شفاف یکی از ابزارهای کلیدی تلسکوپ را بازمی‌گرداند و نیاز به هرگونه تعمیر فیزیکی یا ماموریت فضایی را از بین می‌برد.
این پیشرفت بر پایه تنها قطعه طراحی‌شده استرالیایی در تلسکوپ جیمز وب، یعنی تداخل‌سنج پوشش دهانه (Aperture Masking Interferometer – AMI) است. این ابزار توسط پیتر تاتهیل (Peter Tuthill) در دانشکده فیزیک و موسسه نجوم سیدنی (Sydney Institute for Astronomy) در دانشگاه سیدنی توسعه یافته است. تاتهیل می‌گوید: «AMI به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد تا تصاویر فوق‌العاده دقیقی از ستارگان و سیاره‌های فراخورشیدی بگیرند. این ابزار با ترکیب نور از بخش‌های مختلف آینه اصلی تلسکوپ و با استفاده از روش تداخل‌سنجی، دقت دید را به میزان چشمگیری افزایش می‌دهد.»
هنگامی‌که تلسکوپ فضایی جیمز وب شروع به کار می‌کند، دانشمندان متوجه می‌شوند که عملکرد ابزار AMI تحت تاثیر اعوجاج‌های الکترونیکی بسیار ریزی در آشکارساز دوربین فروسرخ آن قرار گرفته است. این اختلال‌ها باعث تاری خفیفی در تصاویر می‌شوند؛ وضعیتی مشابه با مشکل تاری دید تلسکوپ فضایی هابل (Hubble Space Telescope) پس از پرتاب آن در دهه ۱۹۹۰ که تنها با ماموریت فیزیکی فضانوردان برطرف شد.
به‌جای طراحی سخت‌افزار جدید یا اجرای ماموریت نجات پرهزینه، لوئی دزدوآ و مکس چارلز با همکاری پروفسور پیتر تاتهیل و دانشیار بن پوپ (Ben Pope)، از دانشگاه مک‌کواری (Macquarie University) استرالیا، یک روش کالیبراسیون نرم‌افزاری توسعه می‌دهند که از زمین، مشکل را حل می‌کند.
ابزار آن‌ها، نرم‌افزار امیگو، از شبیه‌سازی‌های دقیق و شبکه‌های عصبی برای بازسازی رفتار اپتیکی و الکترونیکی تلسکوپ در فضا استفاده می‌کند. پژوهشگران نقص خاصی را شناسایی می‌کنند که در آن بار الکتریکی به پیکسل‌های مجاور نشت می‌کند؛ پدیده‌ای که با عنوان اثر روشن‌تر-چاق‌تر شناخته می‌شود. آن‌ها الگوریتم‌هایی طراحی می‌کنند که این اعوجاج را حذف کرده و دقت ابزار AMI را به بالاترین سطح خود بازمی‌گرداند.
پروفسور تاتهیل توضیح می‌دهد: «آن‌ها به‌جای فرستادن فضانوردان برای نصب قطعات جدید، توانستند با کدنویسی مشکلات را رفع کنند. این نمونه‌ای روشن از آن است که چگونه نوآوری نرم‌افزاری می‌تواند تاثیری جهانی بر علوم فضایی داشته باشد.»
واضح‌تر از همیشه؛ قدرت احیاشده JWST
اصلاح نرم‌افزاری AMIGO نتایج چشمگیری به همراه دارد. با استفاده از این ابزار، تلسکوپ جیمز وب اکنون به شناسایی‌های واضح‌تر و دقیق‌تری از اجرام آسمانی کم‌نور دست می‌یابد. از جمله، تصویربرداری مستقیم از یک سیاره فراخورشیدی کم‌نور و یک کوتوله قرمز-قهوه‌ای در مدار ستاره نزدیک HD 206893، که حدود ۱۳۳ سال نوری از زمین فاصله دارد.
مطالعه‌ای همراه با هدایت مکس چارلز در دانشگاه سیدنی، تصویربرداری با وضوح بالا از پدیده‌هایی چون فوران سیاه‌چاله، سطح آتشفشانی قمر آیو (Io) از سیاره مشتری و بادهای ستاره‌ای غبارآلود ستاره WR 137 را ممکن می‌سازد. این نتایج، بازگشت تمرکز دقیق ابزار AMI را نشان می‌دهد و مرزهای توانایی تلسکوپ جیمز وب را گسترش می‌دهد.
لوئی دزدوآ می‌گوید: «این کار دید تلسکوپ جیمز وب را شفاف‌تر از همیشه می‌کند. دیدن اینکه یک راه‌حل نرم‌افزاری می‌تواند قدرت علمی تلسکوپ را گسترش دهد و دانستن اینکه این کار بدون ترک آزمایشگاه ممکن می‌شود، واقعا پاداش‌بخش است.»
دزدوآ اکنون در دانشگاه لیدن (Leiden University) در هلند، سمت پژوهشی پسا‌دکتری خود را ادامه می‌دهد. او و همکارانش امیدوارند که ابزار AMIGO در آینده نه‌تنها به بهبود عملکرد تلسکوپ جیمز وب، بلکه در طراحی نسل بعدی تلسکوپ‌های فضایی نیز نقشی اساسی ایفا کند.