Pomysł budowy kolonii na Marsie rozbudza wyobraźnię wielu osób. Kiedy na Czerwonej Planecie mogłyby powstać pierwsze ludzkie siedliska? Na to pytanie spróbują odpowiedzieć naukowcy z Politechniki Warszawskiej i Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Opracowanie prototypu systemu, który pozwoli określić w jakiej perspektywie czasowej jesteśmy w stanie zmienić warunki na Marsie tak, by możliwa tam była budowa kolonii – to cel interdyscyplinarnego zespołu naukowców pod kierunkiem dr. hab. inż. Roberta Olszewskiego, prof. PW z Wydziału Geodezji i Kartografii.
Prototyp pozwoli nam w sposób numeryczny rozważyć, w jakiej perspektywie czasowej jesteśmy w stanie dokonać takiej terratransformacji Marsa, by już nie tylko pojawiały się tam misje, ale by możliwa była budowa kolonii. W tym celu niezbędna jest budowa potężnych mocy obliczeniowych, stworzenie modelu, który przetworzy realne dane typu big data, a w zasadzie spatial big data, gdyż będziemy korzystać z danych o charakterze zdecydowanie przestrzennym. Nie chcemy rzeczywiście wylądować na Marsie, ale chcemy, żeby był to wielki krok Politechniki Warszawskiej w tę stronę – zapowiada prof. Olszewski.
System będzie służył do wariantowych analiz terratransformacji Czerwonej Planety, by upodobnić ją do Ziemi i umożliwić istnienie na niej ziemskich form życia bez dalszej pomocy z zewnątrz. Mogą w tym pomóc rozważane w literaturze roztopienie czap lodowych czy rozpylenie gazów cieplarnianych.
Aby sprostać temu wyzwaniu, niezbędna jest zróżnicowana wiedza informatyczna i geoinformatyczna, głównie w zakresie sztucznej inteligencji, spatial data mining, obrazowania przestrzennego i modelowania matematycznego oraz specjalistyczna wiedza z zakresu nauk planetarnych. Badania prowadzone będą zatem przez interdyscyplinarny zespół naukowców z Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych oraz Wydziału Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej, a także Grupy Marsjańskiej Międzywydziałowego Programu Badań Planetarnych Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG).
W ramach projektu zrealizowane zostaną cztery, wzajemnie zintegrowane zadania badawcze. W pierwszej fazie naukowcy, wykorzystując metody maszynowego uczenia się, opracują system analizy wieloźródłowych danych satelitarnych. Umożliwi on tworzenie wieloskalowych modeli rzeźby terenu Marsa.
Następnie powstanie system klasyfikacyjny wykorzystujący uczenie głębokie, wieloźródłowe dane i modele będące wynikiem wcześniejszych badań, a także pomiary planetarne zrealizowane przez łaziki marsjańskie Opportunity oraz Curiosity. Pozwoli to na automatyzację procesu klasyfikacji form terenowych na Marsie.
Na orbicie Marsa znajduje się w tej chwili wiele różnego rodzaju detektorów. Dane z orbitera Mola, po części też z orbitera CTX, dostępne są dla całej planety, ale np. z Cassisa czy HiRISE nie. Zdjęcia gromadzone są przede wszystkim na serwerach NASA. Udostępniane są każdemu i bezpłatnie, natomiast wymagają dość dużej wiedzy specjalistycznej – fotogrametrycznej, teledetekcyjnej, ale przede wszystkim informatycznej. Przetworzenie ich, zbudowanie wielorozdzielczych modeli rzeźb terenu, modeli pochodnych, nachyleń, ekspozycji, energii rzeźby jest podstawą do tego, by w tym naszym drugim zadaniu, wykorzystując sieci głębokie uczenia i dane nie tylko pozyskiwane z orbiterów marsjańskich, ale także z łazików Opportunity czy Curiosity, zbudować cyfrową mapę geomorfologiczną Marsa – wyjaśnia kierownik projektu.
Finalnym etapem będzie opracowanie systemu symulacyjnego wykorzystującego zgromadzone dane, formy terenowe, globalne modele atmosfery (opracowane przez Uniwersytet Jagielloński i IPAG) do analizy procesów potencjalnej terratransformacji Marsa. W systemie symulacyjnym wykorzystana zostanie m.in. idea globalnego automatu komórkowego o heksagonalnych polach podstawowych i zróżnicowanej rozdzielczości.
Mars ma zdecydowanie mniejszą powierzchnię niż Ziemia, ale z drugiej strony jego powierzchnia jest mniej więcej równa powierzchni wszystkich kontynentów na Ziemi, to jest ok. 145 mln km2. Jeśli chcemy pokryć to siecią heksagonalnych komórek, np. o powierzchni 1 km2 każdy, to mamy do czynienia z gigantycznym zbiorem prawie 145 mln heksagonalnych komórek, z których każda oddziałuje na swoich sąsiadów i każda jest zasilana całym szeregiem różnego rodzaju parametrów mówiących o warunkach atmosferycznych, geologicznych, różnego rodzaju procesach, które występują bądź też mogą występować na powierzchni, w atmosferze Marsa – tłumaczy prof. Robert Olszewski.
Projekt uzupełni opracowanie metodyki wizualizacji obiektów zjawisk i procesów odniesionych przestrzennie do powierzchni Marsa z wykorzystaniem rzeczywistości wirtualnej.
Chcemy przedstawić zdobytą wiedzę w sposób prosty, intuicyjny i informacyjny. Przekaz mają rozumieć z jednej strony specjaliści, ale z drugiej strony również zwykli odbiorcy, a także decydenci mający wpływ na misje z udziałem ludzi, które w najbliższej przyszłości prawdopodobnie na Marsa będą wysyłane – mówi prof. Olszewski.
Projekt „Opracowanie koncepcji i prototypu systemy symulacji procesu terratransformacji Marsa” jest finansowany w ramach realizowanego w PW programu „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza”. Znalazł się w gronie laureatów konkursu na granty badawcze „CyberiADa-1” Centrum Badawczego POB Cyberbezpieczeństwo i analiza danych. Miał być realizowany do końca 2021 r., ale już wiadomo, że będzie kontynuowany z wykorzystaniem również innych źródeł.
Stawiając na współpracę i interdyscyplinarność, zarówno w Politechnice Warszawskiej, jak i w skali międzynarodowej, chcemy przekształcić surowe dane w użyteczne informacje, wiedzę przestrzenną, co pozwoli nam w dalszej perspektywie nie tylko na cyfrową, ale i realną terratransformację Marsa – podkreśla prof. Robert Olszewski.
źródło: PW