فك شفرة صخور الفضاء بالذكاء الاصطناعي: إنجاز النيازك

الذكاء الاصطناعي (AI) يغيّر طريقة قيامنا بالأشياء، ليس فقط على الأرض بل أيضاً في الفضاء.

من خلال استخدامه في مهام تتراوح بين الملاحة الذاتية للمركبات الفضائية وتحليل البيانات إلى تحسين استغلال الموارد ودعم الاكتشافات العلمية، تمكّن التقنية من تنفيذ مهام فضائية أكثر كفاءة واستقلالية وبصيرة.

على سبيل المثال، تستكشف ناسا قوة الذكاء الاصطناعي منذ سنوات عديدة. من المستكشفات على المريخ إلى المبادرات المدعومة بالذكاء الاصطناعي للعثور على كواكب خارجية جديدة، تستفيد الوكالة من هذه التقنية لتعزيز فهمها للفضاء.

مؤخرًا، أظهرت الوكالة الفدرالية الأمريكية كيف يمكن للذكاء الاصطناعي مساعدة المركبات الفضائية المدارة في جمع بيانات أكثر استهدافًا. سمح الذكاء الاصطناعي لقمر صناعي للمرة الأولى بتوقع مساره المداري، ومعالجة وتقييم الصور باستخدام الذكاء الاصطناعي، وتحديد مكان توجيه أداة، وكل ذلك لم يستغرق سوى دقيقتين دون أي تدخل بشري.

“الفكرة هي جعل المركبة الفضائية تتصرف كإنسان: بدلاً من مجرد رؤية البيانات، تفكر فيما تُظهره البيانات وكيفية الاستجابة لها،” قال ستيف تشين، زميل تقني في مجال الذكاء الاصطناعي في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) والمحقق الرئيسي لمشروع الاستهداف الديناميكي.

قبل بضع سنوات، أطلقت SpaceX التابعة لإيلون ماسك أيضًا قمرًا صناعيًا مزودًا بالذكاء الاصطناعي لتمكين المركبة الفضائية من المشاركة في مهمات الفضاء العميق.

في خضم ذلك، كشف العلماء أسرار النيزك باستخدام هذه التقنية. هذه المادة الخاصة تتحدى قواعد تدفق الحرارة من خلال عملها ككريستال وزجاج في آن واحد.

بمساعدة الذكاء الاصطناعي، تمكن الباحثون من اكتشاف قدرة المعدن على الحفاظ على توصيل حراري ثابت، وهو إنجاز كبير يمكنه إحداث ثورة في علم المواد من خلال تحويل إدارة الحرارة في التكنولوجيا والصناعة. كما يمكن أن يساعد في تقليل الانبعاثات الضخمة من الكربون في إنتاج الصلب.

كيف يفتح الذكاء الاصطناعي أسرار النيازك

النيازك هي ومضات الضوء التي قد تراها أحيانًا تتسارع عبر السماء.

يمكن أن تكون هذه الصخور الفضائية صغيرة كحبيبات الغبار أو كبيرة ككويكبات صغيرة. معظمها شظايا لأجسام أكبر انقسمت. بعضها يأتي من الكويكبات، وآخرون من المذنبات، وقليل منها يأتي من القمر أو المريخ أو كواكب أخرى.

تُسمى هذه نيازكًا أثناء وجودها في الفضاء. بمجرد دخولها غلاف الأرض أو أي كوكب آخر والبقاء على قيد الحياة خلال المرور، تُسمى شهبًا.

عند دخولها الغلاف الجوي، تفعل ذلك بسرعة عالية، وعندما يتجاوز الضغط قوة الجسم، يتفكك، مما يؤدي إلى احتراقه وإعطاء وميض ساطع، ومن هنا جاء اسم “النجوم الساقطة”. عندما تظهر ساطعة بشكل خاص، تُسمى “كرات نارية”.

قد تبدو هذه الشهب نادرة، لكن وفقًا لتقديرات ناسا، يسقط على الأرض حوالي 48.5 طن من هذه المادة يوميًا.

كونها جزءًا من الفضاء، يمكن لهذه الصخور أن توفر رؤى قيمة حول تركيبة وتكوين وتاريخ الكويكبات والكواكب ونظامنا الشمسي.

النيزك يتكون من مواد مختلفة، بما في ذلك الصخر، المعدن، أو مزيج من الاثنين.

يدرس العلماء هذه النيازك بتفصيل كبير باستخدام تقنيات مختلفة مثل المراقبة الفوتوغرافية والتلسكوبية، كشف الرادار، الميكروسكوب، التحليل الطيفي، المغناطيسية، وغيرها.

مؤخرًا، يُستخدم الذكاء الاصطناعي أيضًا لفهم نيازك الفضاء من خلال أتمتة اكتشافها باستخدام صور الطائرات بدون طيار، وتعزيز تصنيف أنواعها عبر التعلم الآلي، وتحديد مواقع الاصطدام المحتملة، وحتى كشف تركيبة المواد داخل النيازك.

من خلال تحليل مجموعات بيانات هائلة والتعرف على الأنماط التي قد يغفل عنها البشر، يحسن الذكاء الاصطناعي كفاءة ودقة أبحاث النيازك، مما يوفر بدوره رؤى حاسمة حول أصول الحياة.

على سبيل المثال، البحث¹ من أواخر العام الماضي وجد دليلًا على وجود ماء سائل على المريخ قبل 742 مليون سنة بمساعدة نيزك.

لذلك، اصطدم كويكب بالمريخ قبل أحد عشر مليون سنة وأرسل قطعًا من الكوكب الأحمر تتجول في الفضاء. إحدى تلك القطع سقطت على الأرض، مما وفر لنا نيزكًا يمكن تتبعه مباشرة إلى المريخ.

سُمي هذا النيزك بـ “نيزك لافاييت”، وعند التحقيق، وجد الباحثون أنه أثناء وجوده على المريخ تفاعل مع الماء. مؤخرًا، حددت مجموعة دولية من العلماء عمر المعادن في النيزك التي تشكلت عندما كان هناك ماء سائل.

“يمكننا تحديد النيازك من خلال دراسة المعادن الموجودة فيها والعلاقات بين هذه المعادن داخل النيزك.”

– المؤلفة الرئيسية ماريسا تريمبلي، أستاذة مساعدة في قسم علوم الأرض والجو والفضاء (EAPS) بجامعة بوردو

وأشارت أيضًا إلى أن النيازك تميل إلى أن تكون أكثر كثافة من الصخور على الأرض، وتكون مغناطيسية، وتحتوي على معدن. ومع ذلك، ليس العثور على النيازك أمرًا سهلاً.

إن فرصة العثور على واحدة في الواقع صغيرة جدًا. نتيجة لذلك، يستخدم الباحثون الذكاء الاصطناعي مع الطائرات بدون طيار لإجراء الاكتشاف.

في عام 2022، استعاد باحثون من جامعة كيرتين في أستراليا نيزكًا، يتبع قطعًا إهليلجيًا بين مداري المشتري والزهرة، في المناطق النائية من أستراليا باستخدام التعلم الآلي وطائرتين بدون طيار.

تتيح التقنية لصيادي النيازك تنفيذ مهام متكررة دون فقدان الانتباه. في الواقع، تتعلم الآلات التعامل مع الإيجابيات الكاذبة من خلال التكرار.

“الكأس المقدسة لصيد النيازك الآن هي طائرة بدون طيار يمكنها تقسيم منطقة جغرافية، والنظر إلى الأرض، والعثور على النيازك باستخدام الذكاء الاصطناعي.”

– مايك هانكي، الجمعية الأمريكية للنيزك

في الوقت نفسه، تعاونت كلية علوم الأرض والفضاء في الجامعة مع مرصد باريس، والمركز الدولي لأبحاث الراديو الفلكية (ICRAR)، ومؤسسات أخرى لحل لغز الكويكبات الغنية بالكربون، التي رغم شيوعها في الفضاء، تشكل أقل من 5٪ من النيازك التي تصل إلى الأرض.

هذه الدراسة²، التي كشفت عن اللغز الطويل الأمد في علم الفضاء، نُشرت هذا العام. لهذا، حلل العلماء ما يقرب من 8,500 حدث نيزك ونيزك.

ما اكتشفته الدراسة هو أن الشمس وغلاف الأرض الجوي يعملان كمرشحات ضخمة تدمر النيازك الكربونية قبل وصولها إلى الأرض. هذه النيازك مهمة لأنها تحتوي على أحماض أمينية وجزيئات عضوية وماء.

بينما كان معروفًا أن المواد الغنية بالكربون لا تنجو من الدخول الجوي، أظهرت الأبحاث أن العديد من النيازك “لا تصل حتى إلى تلك المسافة”، حيث تتفتت عند مرورها بالقرب من الشمس.

“التي تنجو من التعرض للحرارة في الفضاء تكون أكثر احتمالًا أن تمر عبر غلاف الأرض الجوي أيضًا.”

– المؤلف المشارك الدكتور هادريان ديفيلبوا، مركز علوم الفضاء والتكنولوجيا في كيرتين ومعهد كيرتين لأبحاث الراديو الفلكية (CIRA)

علاوة على ذلك، وجدت أن النيازك التي تتشكل نتيجة للانفصالات المدية هشة بشكل خاص ونادرًا ما تنجو من الدخول الجوي. وفقًا للدكتور باتريك شوبير من مرصد باريس:

“يمكن أن يؤثر هذا الاكتشاف على مهمات الكويكبات المستقبلية، وتقييمات مخاطر الاصطدام، وحتى النظريات حول كيفية حصول الأرض على ماءها والمركبات العضوية التي سمحت ببدء الحياة.”

في الوقت نفسه، استخدمت دراسة³ من أوائل هذا العام الذكاء الاصطناعي لتجد أن “زلزالات المريخ”، أحد القوى الرئيسية التي تشكل سطح الكوكب، ناتجة عن نشاط زلزالي ناتج عن تأثيرات النيازك.

استفاد فريق الباحثين من جامعة برن وكلية إمبريال لندن من الذكاء الاصطناعي لتحديد تأثيرات جديدة في عشرات الآلاف من الصور المدارية بين ديسمبر 2018 و2022، ثم قارنوا ذلك مع بيانات الزلازل. ساعد ذلك الباحثين في العثور على 123 فوهة جديدة للمقارنة، ومن بينها 49 كانت تطابقًا محتملًا مع الزلازل.

كشفت البيانات المستخرجة حديثًا أن تأثيرات النيازك على المريخ تحدث تقريبًا مرتين أكثر مما كان يُقدّر سابقًا.

هذا، أشار الأستاذ توم بايك من فريق إمبريال، يُظهر “قوة النظر بعمق في مجموعات بيانات متعددة من المريخ. بدون بيانات الزلازل، لما كنا نعرف أين نبحث عن تأثير في الصور المدارية، وبدون الصور المدارية، لما تمكنا من تحديد مصدر الطاقة الزلزالية.”

غيّر الذكاء الاصطناعي قواعد اللعبة للباحثين من خلال اكتشاف تأثير في بكسل واحد من كاميرا مدارية منخفضة الدقة تُستخدم لمراقبة الطقس اليومي. “قوة وسرعة الذكاء الاصطناعي تعني أننا تمكنا من العثور على الإبرة في كومة القش!” أضاف.

الخوارزمية الآلية التي لعبت دورًا رئيسيًا هنا تم تطويرها في JPL، والتي يمكنها فرز كميات هائلة من البيانات، مثل الصور.

الذكاء الاصطناعي يؤكد هجين الكريستال-الزجاج

الآن، الدراسة الأخيرة⁴ التي أجراها علماء من كلية الهندسة بجامعة كولومبيا استخدمت الذكاء الاصطناعي لاكتشاف رائع آخر. لقد أكدوا الخصائص الحرارية “الهجينة” لمعدن فضائي، الذي لا يتبع قواعد تدفق الحرارة التقليدية. النيزك يعمل ككريستال وزجاج في آن واحد.

هذا إنجاز لأن خصائص توصيل الحرارة للبلورات والزجاجات معاكسة تمامًا. في الواقع، تختلف الموصلية الحرارية بشكل كبير في كل منهما.

تختلف موصلية الحرارة للمواد بشكل كبير اعتمادًا على التركيب الذري. إليكم مقارنة بين المواد البلورية، الزجاجية، والهجينة:

تلعب هذه الاتجاهات دورًا رئيسيًا في مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك أنظمة استعادة حرارة النفايات، تصغير وتحسين كفاءة الأجهزة الإلكترونية، وعمر الدروع الحرارية لتطبيقات الفضاء.

يتطلب تحسين أداء ومتانة المواد المستخدمة في هذه التطبيقات فهمًا عميقًا لكيفية تحديد التركيب الذري والتركيب الكيميائي للمواد لقدرتها على توصيل الحرارة.

اتخذ ميتشيه سيمونسيلي، أستاذ مساعد في الفيزياء التطبيقية والرياضيات التطبيقية بكلية الهندسة بجامعة كولومبيا، نهجًا قائمًا على المبادئ الأولى ودمجه مع التعلم الآلي لتحديد المادة الفريدة ذات الخصائص الحرارية المميزة.

سمحت تقنيات التعلم الآلي للفريق بتجاوز التحديات الحاسوبية لطرق المبادئ الأولى ومحاكاة الخصائص الذرية التي تؤثر على نقل الحرارة بدقة على مستوى الكم.

المادة هي الأولى من نوعها، التي اكتُشفت في النيازك وتم التعرف عليها على المريخ.

فهم الفيزياء الأساسية التي تقود هذا السلوك الخاص يمكن أن يعزز فهمنا ويساعدنا على تصميم مواد تدير الحرارة أثناء الفروقات الحرارية الشديدة.

الآن، توصيل الحرارة، وهو انتقال الحرارة عبر مادة ثابتة عن طريق الاتصال المادي، يعتمد على التركيب الذري للمادة. لذا، سواء كانت المادة زجاجية، ذات بنية غير مرتبة وغير متبلورة، أو بلورية، ذات شبكة مرتبة من الذرات، فإن ذلك يؤثر على تدفق الحرارة على المستوى الكمومي.

بشكل أساسي، تزداد موصلية الحرارة في الزجاج مع ارتفاع الحرارة وتقل في البلورات عند التسخين.

لتوثيق هذا الاتجاه المعاكس لموصلية الحرارة في الزجاج والبلورات، قام سيمونسيلي، بالتعاون مع فرانشيسكو موري من جامعة سابيينزا في روما ونيكولا مارزاري من المعهد الفدرالي السويسري للتقنية، بصياغة معادلة واحدة عام 2019.

ومن الجدير بالذكر أن المعادلة تصف السلوك الوسيط للمواد جزئيًا غير المرتبة. وهذا يشمل المواد المستخدمة في طلاءات الحواجز الحرارية للدروع الحرارية، خلايا شمسية بيروفسكايت، والمواد الحرارية لتجميع الحرارة المهدرة.

الآن، باستخدام نفس المعادلة، استكشفوا العلاقة بين التركيب الذري وموصلية الحرارة في المواد المصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO2).

المعروف أيضًا باسم السيليكا، ثاني أكسيد السيليكون هو مركب كيميائي طبيعي يتكون من السيليكون والأكسجين، أحد أكثر العناصر وفرة على الأرض. وهو أحد المكونات الرئيسية للرمل.

توقع الباحثون أن الشكل “تريديميت” من ثاني أكسيد السيليكون سيظهر علامات مادة كريستال-زجاج ذات موصلية حرارية لا تتغير مع درجة الحرارة.

التريديميت هو شكل بلوري عالي الحرارة من ثاني أكسيد السيليكون يتواجد أساسًا في الصخور البركانية ويتشكل تحت ظروف حرارة عالية وضغط منخفض. كما يُوجد في النيازك.

دفع السلوك غير المعتاد لنقل الحرارة في التريديميت فريقًا من التجريبيين بقيادة دانييل فورنييه، ماسيمليانو مارانغولو، وإتيان بالان من جامعة السوربون في باريس لإجراء تجارب على عينة من سيليكا تريديميت حصلوا عليها من نيزك سقط في ألمانيا قبل ثلاث مئات عام.

أثبتت التجارب صحة التوقعات التي وضعها الباحثون من خلال القياسات.

تم تأكيد أن تريديميت النيزكي يمتلك تركيبة ذرية تقع بين البلورة المرتبة والزجاج غير المرتب. بالإضافة إلى ذلك، وجدوا أن موصلية حرارته تبقى ثابتة بين 80 كلفن و380 كلفن، وهو النطاق الحراري المتاح تجريبيًا.

في تحليل إضافي، توقع الفريق أن المادة قد تتشكل نتيجة للتقادم الحراري في الطوب المقاوم للحرارة، الذي يعمل كحاجز حراري في أفران إنتاج الصلب.

الصلب المتعدد الاستخدامات والمتين والوظيفي هو أحد أهم المواد في المجتمع الحديث، يدعم مختلف الصناعات والبنية التحتية. ومع ذلك، فإن إنتاج الصلب عملية كثيفة الكربون، حيث ينتج عن كل كيلوغرام من الصلب حوالي 1.3 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون.

مع إنتاج ما يقرب من مليار طن من الصلب سنويًا، فهو مسؤول عن الكثير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، لدرجة أنه يمثل حوالي 7% من انبعاثات الكربون في الولايات المتحدة.

كما أشارت الدراسة، فإن كفاءة وتأثير هذا على البيئة يتحدد إلى حد كبير بكيفية إدارة الحرارة في الأفران، خصوصًا عبر موصلية الحرارة للمواد المقاومة للحرارة التي يمكنها تحمل درجات حرارة شديدة.

وبالتالي، يمكن للمواد المستخلصة من التريديميت أن تسمح بالتحكم الأكثر كفاءة في الحرارة الشديدة المتضمنة في إنتاج الصلب. لذا، باستخدام نتائج الدراسة، يمكن زيادة موصلية المواد المقاومة للحرارة، مما يقلل من زمن تشغيل الأفران وبالتالي يخفض البصمة الكربونية لصناعة الصلب.

إلى جانب كل ذلك، يستكشف فريق سيمونسيلي في كولومبيا استخدام نفس الآليات التي تحدد تدفق الحرارة في المواد الهجينة كريستال-زجاج لفهم سلوك التحفيزات الأخرى في المواد الصلبة مثل الماجونات الحاملة للسبين والإلكترونات الحاملة للشحنة.

تساعد هذه المفاهيم في التقنيات الناشئة والفعالة في استهلاك الطاقة، بما في ذلك الأجهزة السبينترونية، الأجهزة القابلة للارتداء، والحوسبة العصبية.

لهذا، يعمل فريق البحث على صياغة نظريات المبادئ الأولى لتوقع الملاحظات التجريبية، وتطوير تقنيات محاكاة الذكاء الاصطناعي لتوقعات كمية دقيقة لخصائص المواد، وتطبيقها لاكتشاف وتصميم مواد لمعالجة التحديات الهندسية والصناعية.

الاستثمار في أبحاث الفضاء بالذكاء الاصطناعي

عندما يتعلق الأمر باستكشاف الفضاء، شركة لوكهيد مارتن (LMT ) تبرز كونها مقاولًا رئيسيًا لناسا ووزارة الدفاع. تصمم الشركة أنظمة أقمار صناعية تعتمد على الذكاء الاصطناعي ومجسات كوكبية لدعم مهمات مثل استكشاف المريخ.

تبلغ القيمة السوقية للشركة العالمية في مجال الفضاء والدفاع 101.23 مليار دولار، وتُتداول أسهمها حاليًا بسعر 433.60 دولار، بانخفاض 11٪ منذ بداية العام. لديها ربحية السهم (TTM) قدرها 23.15 ونسبة السعر إلى الأرباح (TTM) 18.73. تدفع لوكهيد عائد توزيعات بنسبة 3.04٪.

Lockheed Martin Corporation (LMT )

هذا الأسبوع فقط، أعلنت الشركة عن قمرها الصناعي الجديد لتحذير الصواريخ، الأكثر قدرة وتحملًا. خلال الاختبار، أثبت القمر الصناعي OPIR GEO من الجيل التالي قدرته على العمل في درجات حرارة قاسية وظروف اهتزاز عنيفة.

لربع الثاني من 2025، أبلغت عن مبيعات بلغت 18.2 مليار دولار، ارتفاعًا من 18.1 مليار دولار في نفس الربع من العام الماضي. وكانت أرباحها الصافية للربع 342 مليون دولار، أي 1.46 دولار للسهم. كما أبلغت عن خسائر برامج بقيمة 1.6 مليار دولار ومصاريف أخرى بقيمة 169 مليون دولار. هذا، وفقًا Reuters, كان نتيجة “صعوبات في برنامج سري في قطاع الطيران وبرامج المروحيات الدولية في وحدة سيكورسكي.”

خلال هذه الفترة، كان النقد من العمليات 201 مليون دولار، انخفاضًا هائلًا عن 1.9 مليار دولار في الربع الثاني من 2024. في الوقت نفسه، كان التدفق النقدي الحر $(150) مليون، مقارنة بـ 1.5 مليار دولار في نفس الربع من العام الماضي. كما أعادت لوكهيد 1.3 مليار دولار للمساهمين عبر توزيعات الأرباح وإعادة شراء الأسهم.

أشار الرئيس التنفيذي، جيم تايكلت، إلى أن العملاء الأمريكيين والحلفاء “يطالبوننا بالارتقاء وتسريع العديد من البرامج الرئيسية”، بما في ذلك قوة الفضاء الأمريكية التي طلبت أقمار GPS IIIF إضافية. وأضاف:

“في الوقت نفسه، حددت عملية مراجعة برامجنا المستمرة تطورات جديدة جعلتنا نعيد تقييم الوضع المالي لمجموعة من البرامج التقليدية الكبرى. نتيجةً لذلك، نتخذ عددًا من الرسوم هذا الربع لمعالجة هذه المخاطر التي تم تحديدها حديثًا.”

أحدث أخبار وتطورات سهم شركة لوكهيد مارتن  (LMT)

الخلاصة

سحر الذكاء الاصطناعي يتجاوز حدود الأرض إلى أعماق الفضاء، يساعدنا على كشف الأنماط المخفية في صخور الفضاء، من زلازل المريخ إلى السلوكيات الحرارية الغريبة. مع هذه الاكتشافات، يسرّع الذكاء الاصطناعي الاكتشافات التي ستحوّل فهمنا للكون وكذلك مستقبل المواد.

انقر هنا لتتعرف على كل ما يتعلق بالاستثمار في الذكاء الاصطناعي.

المراجع:

1. Tremblay, M.M., Mark, D.F., Barfod, D.N., Cohen, B.E., Ickert, R.B., Lee, M.R., Tomkinson, T., & Smith, C.L. تأريخ النشاط المائي الحديث على المريخ. Geochemical Perspectives Letters, 32, نُشر في 6 نوفمبر 2024. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2443
2. Shober, P.M., Devillepoix, H.A.R., Vaubaillon, J., وآخرون. تاريخ الحضيض والبقاء الجوي كعوامل رئيسية لسجل نيازك الأرض. Nature Astronomy, 9, 799–812 (يونيو 2025). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02526-6
3. Charalambous, C., Pike, W.T., Fernando, B., Wójcicka, N., Kim, D., Froment, M., Lognonné, P., Woodley, S., Ojha, L., Bickel, V.T., McNeil, J., Collins, G.S., Daubar, I.J., Horleston, A., & Banerdt, B. تأثيرات جديدة على المريخ: فك مسارات انتشار الزلازل عبر اكتشاف تأثير في كربيروس فوساي. Geophysical Research Letters, نُشر أولاً في 3 فبراير 2025. https://doi.org/10.1029/2024GL110159
4. Simoncelli, M., Fournier, D., Marangolo, M., Balan, E., Béneut, K., Baptiste, B., Doisneau, B., Marzari, N., & Mauri, F. توصيل حرارة ثابت مع درجة الحرارة للبلورات والزجاج: من النيازك إلى المواد المقاومة للحرارة. Proceedings of the National Academy of Sciences, 122(28), e2422763122 (11 يوليو 2025). https://doi.org/10.1073/pnas.2422763122