Entschlüsselung von Weltraumgestein mit KI: Der Meteoriten-Durchbruch

Künstliche Intelligenz (KI) verändert unsere Arbeitsweise, nicht nur auf der Erde, sondern auch im Weltraum.

Durch den Einsatz für Aufgaben, die von der autonomen Raumfahrzeugnavigation und Datenanalyse bis hin zur Optimierung der Ressourcennutzung und der Unterstützung wissenschaftlicher Entdeckungen reichen, ermöglicht die Technologie effizientere, autonomere und aufschlussreichere Weltraummissionen.

So erforscht die NASA beispielsweise seit vielen Jahren die Möglichkeiten der KI. Von autonomen Rover auf dem Mars Von KI-gestützten Initiativen zur Suche nach neuen Exoplaneten bis hin zu solchen, nutzt die Agentur diese Technologie, um ihr Verständnis des Weltraums zu verbessern.

Kürzlich zeigte die US-Bundesbehörde, wie KI Raumfahrzeugen im Orbit dabei helfen kann, gezieltere Daten zu sammeln. KI ermöglichte es einem Satelliten erstmals, seine Umlaufbahn vorherzusagen, Bilder mithilfe von KI zu verarbeiten und auszuwerten und zu entscheiden, wohin ein Instrument ausgerichtet werden soll – und das alles innerhalb von zwei Minuten und ohne menschliches Zutun.

„Die Idee besteht darin, das Raumfahrzeug mehr wie einen Menschen agieren zu lassen: Anstatt nur Daten zu sehen, denkt es darüber nach, was die Daten zeigen und wie darauf reagiert werden soll“, sagte Steve Chien, technischer Mitarbeiter für KI am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA und leitender Forscher des Dynamic Targeting-Projekts.

Vor einigen Jahren, ElX Musks SpaceX Außerdem wurde ein mit künstlicher Intelligenz ausgestatteter Satellit gestartet, der es dem Raumfahrzeug ermöglicht, an Missionen im tiefen Weltraum teilzunehmen.

Inmitten dessen haben Wissenschaftler mithilfe dieser Technologie die Geheimnisse des Meteoriten entschlüsselt. Dieses besondere Material stellt die Regeln des Wärmeflusses in Frage, indem es sowohl als Kristall als auch als Glas fungiert.

Mithilfe von KI konnten Forscher die Fähigkeit des Minerals aufdecken, eine konstante Wärmeleitfähigkeit aufrechtzuerhaltenherunter, eine Dur Durchbruch, der können. revolutionieren die Materialwissenschaft durch eine Umgestaltung des Wärmemanagements in Technologie und Industrie. Dies könnte auch dazu beitragen, die enormen Kohlenstoffemissionen bei der Stahlproduktion zu senken. 

Wie KI die Geheimnisse von Meteoriten entschlüsselt

Meteoroiden sind Lichtblitze, die man manchmal über den Himmel zucken sieht.

Diese Weltraumgesteine können so klein wie Staubkörner oder so groß wie kleine Asteroiden sein. Die meisten von ihnen sind Fragmente größerer Körper, die auseinandergebrochen sind. Einige stammen von Asteroiden, andere von Kometen und einige sogar vom Mond, Mars oder anderen Planeten.

Diese heißen Meteoroiden, die sich noch im Weltraum befinden. Sobald sie in die Atmosphäre der Erde oder eines anderen Planeten eintreten und den Durchgang überleben, werden sie Meteore genannt.

Beim Eintritt in die Atmosphäre tun sie dies mit hoher Geschwindigkeit. Da der Druck die Kraft des Objekts übersteigt, zerfällt es, was dazu führt, dass es verglüht und einen hellen Lichtschein erzeugt – daher der Name „Sternschnuppen“. Wenn sie besonders hell erscheinen, nennt man sie „Feuerbälle“.

Diese Meteore scheinen ein seltenes Ereignis zu sein, doch Schätzungen der NASA zufolge fallen jeden Tag etwa 48.5 Tonnen solchen Materials auf die Erde.

Da diese Gesteine Teil des Weltraums sind, können sie wertvolle Erkenntnisse über die Zusammensetzung, Entstehung und Geschichte von Asteroiden, Planeten und unserem Sonnensystem liefern. 

Ein Meteorit ist ausgedacht aus verschiedenen Materialien, darunter Stein, Metall oder eine Kombination aus beidem.

Diese Meteoriten werden von Wissenschaftlern mithilfe verschiedener Techniken wie fotografischer und teleskopischer Beobachtungen, Radarerkennung, Mikroskopie, Spektroskopie, Magnetometrie und anderen sehr detailliert untersucht.

In letzter Zeit wird KI auch eingesetzt, um Weltraummeteoriten zu verstehen. Dazu wird ihre Erkennung mithilfe von Drohnenbildern automatisiert, die Klassifizierung ihrer Typen durch maschinelles Lernen verbessert, potenzielle Einschlagsstellen identifiziert und sogar die Zusammensetzung der Materialien in Meteoriten aufgedeckt. 

Durch die Analyse riesiger Datensätze und das Erkennen von Mustern, die Menschen möglicherweise übersehen, verbessert KI die Effizienz und Genauigkeit der Meteoritenforschung, was wiederum wichtige Erkenntnisse über die Ursprünge des Lebens liefert. 

Zum Beispiel Forschungsprojekte¹ Ende letzten Jahres wurden Hinweise auf flüssiges Wasser auf dem Mars vor 742 Millionen Jahren gefunden mit der Hilfe von ein Meteorit.

Vor elf Millionen Jahren schlug ein Asteroid auf dem Mars ein und schleuderte Teile des roten Planeten durchs All. Eines dieser Stücke stürzte auf die Erde und bescherte uns einen Meteoriten, dessen Herkunft direkt zum Mars zurückverfolgt werden kann. 

Er erhielt den Namen Lafayette-Meteorit und wurde bei Untersuchungen entdeckt, als er auf dem Mars mit Wasser in Kontakt kam. Kürzlich konnte eine internationale Wissenschaftlergruppe das Alter der Mineralien in dem Meteoriten bestimmen, der sich unter der Anwesenheit von flüssigem Wasser gebildet hatte. 

„Wir können Meteoriten identifizieren, indem wir untersuchen, welche Mineralien in ihnen vorhanden sind und welche Beziehungen diese Mineralien im Inneren des Meteoriten zueinander haben.“

– Hauptautorin Marissa Tremblay, Assistenzprofessorin am Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences (EAPS) der Purdue University

Sie wies außerdem darauf hin, dass Meteoriten in der Regel dichter als Gestein auf der Erde sind, magnetisch sind und Metall enthalten. Allerdings ist es nicht so einfach, Meteoriten zu finden. 

Die Chance zu finden Einer davon ist tatsächlich sehr klein. Daher haben Forscher KI und Drohnen eingesetzt, um die Entdeckung zu machen. 

Im Jahr 2022 bargen Forscher der Curtin University in Australien mithilfe von maschinellem Lernen und zwei Drohnen im abgelegenen australischen Outback einen Meteoriten, der einer Ellipse zwischen den Umlaufbahnen von Jupiter und Venus folgte.

Die Technologie ermöglicht es Meteoritenjägern, sich wiederholende Aufgaben zu erledigen, ohne die Aufmerksamkeit zu verlieren. Tatsächlich lernen die Maschinen durch Wiederholung, mit Fehlalarmen umzugehen. 

„Der heilige Gral der Meteoritenjagd ist derzeit eine Drohne, die ein geografisches Gebiet abstecken, den Boden untersuchen und mithilfe von KI Meteoriten finden kann.“

– Mike Hankey, Amerikanische Meteorgesellschaft

Die Fakultät für Erd- und Planetenwissenschaften der Universität arbeitete unterdessen gemeinsam mit dem Pariser Observatorium, dem Internationalen Zentrum für Radioastronomieforschung (ICRAR) und anderen Institutionen daran, das Rätsel der kohlenstoffreichen Asteroiden zu lösen. Diese kommen zwar häufig im Weltraum vor, machen aber weniger als 5 % der Meteoriten aus, die die Erde erreichen.

Dieser Studie², das das langjährige Rätsel der Weltraumforschung gelöst hat, wurde in diesem Jahr veröffentlicht. Dafür analysierten Wissenschaftler fast 8,500 Meteoroiden- und Meteoritenereignisse.

Die Studie ergab, dass Sonne und Erdatmosphäre wie riesige Filter wirken, die kohlenstoffhaltige Meteoroiden zerstören, bevor sie den Boden erreichen. Solche Meteoriten sind wichtig, weil sie Aminosäuren, organische Moleküle und Wasser enthalten.

Während es war bereits bekannt Obwohl kohlenstoffreiches Material den Eintritt in die Atmosphäre nicht übersteht, ergab die Forschung, dass viele Meteoroiden „nicht einmal so weit kommen“, sondern auseinanderbrechen, wenn sie nahe an der Sonne vorbeifliegen. 

„Diejenigen, die das Kochen im Weltraum überleben, sind eher um auch die Erdatmosphäre zu durchdringen"

– Co-Autor Dr. Hadrien Devillepoix, Curtins Space Science and Technology Centre und Curtin Institute of Radio Astronomy (CIRA)

Darüber hinaus stellte sich heraus, dass Meteoroiden, die durch Gezeitenkräfte entstehen, besonders fragil sind und den Eintritt in die Atmosphäre fast nie überstehen. Dr. Patrick Shober vom Pariser Observatorium erklärte:

„Diese Entdeckung könnte Einfluss auf zukünftige Asteroidenmissionen, die Einschätzung der Gefahren von Einschlägen und sogar auf Theorien darüber haben, wie die Erde zu dem Wasser und den organischen Verbindungen kam, die die Entstehung von Leben ermöglichten.“

Inzwischen ist auch eine Studie³ von Anfang des Jahres wurde mithilfe von KI herausgefunden, dass „Marsbeben“, eine der Hauptkräfte, die die Oberfläche des Planeten formen, durch seismische Aktivitäten infolge von Meteoroideneinschlägen verursacht werden.

Das Forscherteam der Universität Bern und des Imperial College London nutzte KI, um in Zehntausenden von Orbitalbildern zwischen Dezember 2018 und 2022 neue Einschläge zu identifizieren und diese anschließend mit seismischen Daten abzugleichen. So konnten die Forscher 123 neue Krater für den Abgleich finden, von denen 49 möglicherweise mit Erdbeben in Verbindung standen.

Die neu gewonnenen Daten haben ergeben, dass Meteoroideneinschläge auf dem Mars etwa doppelt so häufig vorkommen wie bisher angenommen.

Dieser, bemerkte Professor Tom Pike vom Imperial-Team, zeige „die Macht der tiefen Analyse mehrerer Datensätze vom Mars. Ohne die seismischen Daten hätten wir nicht gewusst, wo wir in den Orbitalbildern nach einem Einschlag suchen sollten, und ohne die Orbitalbilder hätten wir die Quelle der seismischen Energie nicht lokalisieren können.“

KI hat die Spielregeln für Forscher geändert, indem sie einen Aufprall in einem einzelnen Pixel einer Orbitalkamera mit niedriger Auflösung erkannt hat das wird verwendet für die tägliche Wetterüberwachung. „Dank der Leistungsfähigkeit und Geschwindigkeit der KI konnten wir die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen finden!“, fügte er hinzu.

Der dabei eine Schlüsselrolle spielende Maschinenalgorithmus wurde am JPL entwickelt und kann große Datenmengen, beispielsweise Bilder, durchforsten. 

KI bestätigt Kristall-Glas-Hybrid

Nun wird die neueste Studie⁴ Wissenschaftler von Columbia Engineering haben mithilfe künstlicher Intelligenz eine weitere großartige Entdeckung gemacht. Sie bestätigten die „hybriden“ thermischen Eigenschaften eines Weltraumminerals, das nicht den typischen Wärmeflussregeln folgt. Der Meteorit wirkt sowohl als Kristall als auch als Glas. 

Dieser ist ein Durchbruch, da die Wärmeleitungseigenschaften von Kristallen und Gläsern uneingeschränkt einander gegenüberliegend. Tatsächlich unterscheiden sich die Wärmeleitfähigkeiten bei beiden stark. Die Wärmeleitfähigkeit von Materialien variiert je nach Atomstruktur erheblich. Hier ein Vergleich zwischen kristallinen, glasartigen und Hybridmaterialien:

Diese Trends spielen eine Schlüsselrolle in einer Vielzahl von Technologien, darunter Abwärmerückgewinnungssysteme, Miniaturisierung und Effizienz elektronischer Geräte sowie die Lebensdauer von Hitzeschilden für Luft- und Raumfahrtanwendungen.

Optimierung der Leistung und Die Haltbarkeit der in diesen Anwendungen verwendeten Materialien erfordert ein tiefes Verständnis davon, wie ihre atomare Struktur und chemische Zusammensetzung die Wärmeleitungsfähigkeit des Materials bestimmen.

Michele Simoncelli, Assistenzprofessor für angewandte Physik und angewandte Mathematik an der Columbia Engineering University, wählte den First-Principle-Ansatz und kombinierte ihn mit maschinellem Lernen, um das einzigartige Material mit den charakteristischen thermischen Eigenschaften zu identifizieren.

Mithilfe von Techniken des maschinellen Lernens konnte das Team die rechnerischen Herausforderungen der First-Principles-Methoden bewältigen und atomare Eigenschaften, die den Wärmetransport beeinflussen, mit Quantengenauigkeit simulieren. 

Das Material ist das erste seiner Art, das wurde entdeckt in Meteoriten und auf dem Mars identifiziert. 

Die Erforschung der physikalischen Grundlagen dieses besonderen Verhaltens kann unser Verständnis verbessern und uns bei der Entwicklung von Materialien helfen, die die Wärme bei extremen Temperaturunterschieden regulieren.

Die Wärmeleitung, also die Wärmeübertragung durch ruhende Materie durch physischen Kontakt, hängt von der atomaren Struktur eines Materials ab. Ob ein Material glasartig ist, also eine ungeordnete, nicht-kristalline Struktur aufweist, oder kristallin, also ein geordnetes Atomgitter, beeinflusst den Wärmefluss auf Quantenebene.

Grundsätzlich thermisch Die Leitfähigkeit nimmt bei Gläsern mit steigender Temperatur zu und bei Kristallen beim Erhitzen ab.

Um diesen gegenläufigen Trend der Wärmeleitfähigkeit in Gläsern und Kristallen zu erfassen, leitete Simoncelli bereits 2019 in Zusammenarbeit mit Francesco Mauri von der Sapienza-Universität in Rom und Nicola Marzari von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich eine einzige Gleichung ab.

Insbesondere beschreibt die Gleichung das Zwischenverhalten teilweise ungeordneter Materialien. Dieser Dazu gehören Materialien, die in Wärmedämmschichten für Hitzeschilde, Perowskit-Solarzellen und Thermoelektrika zur Rückgewinnung von Abwärme verwendet werden.

Mithilfe derselben Gleichung untersuchten sie nun die Beziehung zwischen der Atomstruktur und der Wärmeleitfähigkeit in Materialien aus Siliziumdioxid (SiO2).

Siliziumdioxid, auch als Kieselsäure bekannt, ist eine natürlich vorkommende chemische Verbindung aus Silizium und Sauerstoff, zwei der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde. Es ist einer der Hauptbestandteile von Sand. 

Die Forscher sagten voraus, dass die „Tridymit“-Form von Siliziumdioxid die Anzeichen eines Kristallglasmaterials mit einer Wärmeleitfähigkeit aufweisen würde, die sich mit der Temperatur nicht ändert. 

Tridymit ist eine Hochtemperatur-Kristallform von Siliziumdioxid, die hauptsächlich in vulkanischen Gesteinen vorkommt und gebildet unter Hochtemperatur- und Niederdruckbedingungen. Es findet sich auch in Meteoriten.

Das ungewöhnliche Wärmetransportverhalten von Tridymit veranlasste ein Team von Experimentalforschern unter der Leitung von Daniele Fournier, Massimiliano Marangolo und Etienne Balan von der Sorbonne-Universität in Paris, Versuche mit einer Probe von Silica-Tridymit durchzuführen, die aus einem Meteoriten stammte, der vor dreihundert Jahren in Deutschland einschlug.

Die Experimente bestätigten die Vorhersagen der Forscher durch Messungen.

Meteorischer Tridymit hat wurde bestätigt Es zeigte sich, dass die atomare Struktur zwischen dem geordneten Kristall und dem ungeordneten Glas liegt. Darüber hinaus stellten sie fest, dass die Wärmeleitfähigkeit zwischen 80 K und 380 K, dem experimentell zugänglichen Temperaturbereich, konstant bleibt.

Bei weiteren Analysen sagte das Team voraus, dass sich das Material durch die thermische Alterung in feuerfesten Ziegeln bilden könnte, die in Öfen zur Stahlproduktion als Wärmebarriere dienen.

Der vielseitige, langlebige und multifunktionale Stahl ist einer der wichtigsten Werkstoffe der modernen Gesellschaft und bildet die Grundlage für zahlreiche Industrien und Infrastrukturen. Die Stahlproduktion ist jedoch ein kohlenstoffintensiver Prozess: Allein 1 kg Stahl emittiert etwa 1.3 kg CO2. 

Mit fast 1 Milliarde Tonnen Stahl, die jedes Jahr produziert werden, ist es für einen großen Teil der CO2-Emissionen verantwortlich, so dass es etwa 7 % der COXNUMX-Emissionen in den USA.

Wie die Studie feststellte, hängen Effizienz und Umweltverträglichkeit maßgeblich davon ab, wie die Wärme in den Öfen gehandhabt wird, insbesondere von der Wärmeleitfähigkeit feuerfester Materialien, die extremen Temperaturen standhalten können.

Materialien auf Tridymitbasis könnten somit eine effizientere Kontrolle der intensiven Hitze bei der Stahlproduktion ermöglichen. Die Ergebnisse der Studie ermöglichen es, die Leitfähigkeit von Feuerfestmaterialien zu erhöhen, was wiederum die Brenndauer der Öfen verkürzt und somit den CO2-Fußabdruck der Stahlindustrie verringert.

Darüber hinaus erforscht Simoncellis Gruppe an der Columbia University die Nutzung derselben Mechanismen, die den Wärmefluss in hybriden Kristall-Glas-Materialien bestimmen, um das Verhalten anderer Anregungen in Festkörpern wie spintragenden Magnonen und ladungstragenden Elektronen zu verstehen.

Diese Konzepte helfen bei neuen und energieeffizienten Technologien, darunter Spintronik-Geräte, tragbare Geräte und neuromorphes Computing.

Zu diesem Zweck arbeitet das Forschungsteam an der Formulierung von Theorien auf der Grundlage erster Prinzipien zur Vorhersage experimenteller Observablen, an der Entwicklung von KI-Simulationstechniken zur quantitativ genauen Vorhersage von Materialeigenschaften und an deren Anwendung zur Entdeckung und Entwicklung von Materialien zur Bewältigung technischer und industrieller Herausforderungen.

Investitionen in die KI-Weltraumforschung

Wenn es um die Weltraumforschung geht, Lockheed Martin Corporation (LMT ) ist ein wichtiger Auftragnehmer der NASA und des US-Verteidigungsministeriums. Das Unternehmen entwickelt KI-basierte Satellitensysteme und Planetensonden zur Unterstützung von Missionen wie der Marserkundung.

Das globale Luft- und Raumfahrt- und Rüstungsunternehmen hat eine Marktkapitalisierung von 101.23 Milliarden US-Dollar. Die Aktie notiert derzeit bei 433.60 US-Dollar, ein Rückgang von 11 % seit Jahresbeginn. Der Gewinn pro Aktie (EPS) beträgt 23.15 und das KGV (KGV) 18.73. Lockheed zahlt eine Dividendenrendite von 3.04 %.

Lockheed Martin Corporation (LMT )

Erst diese Woche kündigte das Unternehmen seinen neuen, leistungsfähigeren und widerstandsfähigeren Raketenwarnsatelliten an. Bei Tests bewies der Next-Gen OPIR GEO-Satellit seine Betriebsfähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Temperaturen und starken Vibrationen.

Für das zweite Quartal 2 meldete das Unternehmen einen Umsatz von 2025 Milliarden US-Dollar, nach 18.2 Milliarden US-Dollar im Vorjahresquartal. Der Nettogewinn betrug 18.1 Millionen US-Dollar bzw. 342 US-Dollar pro Aktie. Das Unternehmen meldete außerdem Programmverluste in Höhe von 1.46 Milliarden US-Dollar und sonstige Kosten in Höhe von 1.6 Millionen US-Dollar. Dieser, Nach Reuters, sei auf „Schwierigkeiten mit einem geheimen Programm in seinem Luftfahrtgeschäft und internationalen Hubschrauberprogrammen seiner Sikorsky-Einheit“ zurückzuführen.

In diesem Zeitraum belief sich der operative Cashflow auf 201 Millionen US-Dollar, ein massiver Rückgang gegenüber 1.9 Milliarden US-Dollar im zweiten Quartal 2. Der freie Cashflow lag bei (24) Millionen US-Dollar, verglichen mit 150 Milliarden US-Dollar im Vorjahresquartal. Lockheed schüttete zudem 1.5 Milliarden US-Dollar in Form von Dividenden und Aktienrückkäufen an die Aktionäre aus. 

CEO Jim Taiclet wies darauf hin, dass US-amerikanische und verbündete Kunden „uns bitten, viele wichtige Programme zu intensivieren und zu beschleunigen“, darunter die Bestellung zusätzlicher GPS-IIIF-Satelliten durch die US Space Force. Er fügte hinzu:

Gleichzeitig ergaben sich im Rahmen unserer laufenden Programmprüfung neue Entwicklungen, die uns dazu veranlassten, die finanzielle Lage einer Reihe wichtiger Altprogramme neu zu bewerten. Daher nehmen wir in diesem Quartal eine Reihe von Abschreibungen vor, um diesen neu identifizierten Risiken zu begegnen.

Neueste Lockheed Martin Corporation (LMT) Aktiennachrichten und Entwicklungen

Fazit

Die Magie der KI reicht über die Grenzen der Erde hinaus bis in die Tiefen des Weltraums und hilft uns, verborgene Muster in Weltraumgestein aufzudecken, von Marsbeben bis hin zu exotischem thermischem Verhalten. Mit diesen Entdeckungen beschleunigt KI Entdeckungen, die unser Verständnis des Universums verändern werden. und auch die die Zukunft der Materialien.

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Referenzen: (Die Referenzliste bleibt in der wissenschaftlichen Zitierweise erhalten)

1. Tremblay, MM, Mark, DF, Barfod, DN, Cohen, BE, Ickert, RB, Lee, MR, Tomkinson, T., & Smith, CL Datierung der jüngsten Wasseraktivität auf dem Mars. Briefe zu geochemischen Perspektiven, 32, veröffentlicht am 6. November 2024. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2443
2. Shober, PM, Devillepoix, HAR, Vaubaillon, J., et al. Perihelgeschichte und atmosphärisches Überleben als Hauptfaktoren für die Meteoritenaufzeichnungen der Erde. Natur Astronomie, 9, 799–812 (Juni 2025). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02526-6
3. Charalambous, C., Pike, WT, Fernando, B., Wójcicka, N., Kim, D., Froment, M., Lognonné, P., Woodley, S., Ojha, L., Bickel, VT, McNeil, J., Collins, GS, Daubar, IJ, Horleston, A., & Banerdt, B. Neue Einschläge auf dem Mars: Entschlüsselung seismischer Ausbreitungspfade durch die Erkennung eines Einschlags in Cerberus Fossae. Geophysical Research Letters, Erstveröffentlichung 3. Februar 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. Temperaturinvariante Kristall-Glas-Wärmeleitung: Von Meteoriten zu feuerfesten Materialien. Proceedings of the National Academy of Sciences, 122(28), e2422763122 (11. Juli 2025). https://doi.org/10.1073/pnas.2422763122