Avaruuskivien purkaminen tekoälyn avulla: Meteoriinilöytö

Tekoäly (AI) muuttaa tapaamme toimia, ei vain Maassa vaan myös avaruudessa.

Käyttämällä sitä tehtäviin autonomisesta avaruusalusten navigoinnista ja data-analyysistä resurssien käytön optimointiin ja tieteellisten löytöjen tukemiseen, teknologia mahdollistaa tehokkaampia, autonomisempia ja oivaltavampia avaruuslennoja.

Esimerkiksi NASA on tutkinut tekoälyn voimaa jo monien vuosien ajan. Autonomisista Marsin rovereista tekoälyä hyödyntäviin aloitteisiin uusien eksoplaneettojen löytämiseksi, virasto on hyödyntänyt tätä tekniikkaa avaruuden ymmärtämisen parantamiseksi.

Äskettäin Yhdysvaltain liittovaltion virasto osoitti, miten tekoäly voi auttaa kiertoradalla olevia aluksia keräämään kohdennetumpaa dataa. Tekoäly mahdollisti satelliitin ensimmäistä kertaa ennustaa omaa kiertorataa, käsitellä ja arvioida kuvia tekoälyn avulla sekä päättää, mihin instrumentti kohdistetaan, eikä tähän kulunut edes kaksi minuuttia eikä ihmisen osallistumista.

“Ideana on saada avaruusalus käyttäytymään kuin ihminen: sen sijaan että se vain näkee dataa, se pohtii, mitä data osoittaa ja miten reagoida,” sanoi Steve Chien, tekninen asiantuntija NASA:n Jet Propulsion Laboratoryissa (JPL) ja Dynamic Targeting -projektin pääasiallinen tutkija.

Muutama vuosi sitten Elon Muskin SpaceX lanseerasi myös satelliitin, jossa oli tekoäly, jotta alus voisi osallistua syvän avaruuden tehtäviin.

Tämän keskellä tutkijat ovat purkaneet meteoriitin salaisuuksia käyttäen tätä teknologiaa. Tämä erityinen materiaali haastaa lämmön virtauksen säännöt toimimalla sekä kiteenä että lasina.

Tekoälyn avustuksella tutkijat pystyivät paljastamaan mineraalin kyvyn ylläpitää vakioista lämmönjohtavuutta, merkittävä läpimurto, joka voi vallankumouksellisesti muuttaa materiaalitiedettä muuttamalla lämmönhallintaa teknologiassa ja teollisuudessa. Se voisi myös auttaa vähentämään valtavia hiilidioksidipäästöjä teräksen tuotannossa. 

Miten tekoäly avaa meteoriittien salaisuuksia

Meteoroidit ovat valoilmiöitä, joita joskus näet kulkevan taivaan poikki.

Nämä avaruuskivet voivat olla niin pieniä kuin pölyhiukkasia tai niin suuria kuin pienet asteroidit. Useimmat niistä ovat suurempien kappaleiden murentuneita osia. Jotkut tulevat asteroideista, toiset komeetoista, ja muutamat jopa Kuusta, Marsista tai muista planeetoista.

Näitä kutsutaan meteoroideiksi, kun ne ovat vielä avaruudessa. Kun ne astuvat Maan tai minkä tahansa muun planeetan ilmakehään ja selviytyvät kulusta, niitä kutsutaan meteoreiksi.

Kun ne astuvat ilmakehään, ne tekevät sen suurilla nopeuksilla, ja kun paine ylittää kohteen kestävyyden, se hajoaa, mikä johtaa sen palamiseen ja kirkkaan liekin syntymiseen, mistä nimi “tähdenlento” tulee. Kun ne ovat erityisen kirkkaita, niitä kutsutaan “tulipalloiksi”.

Nämä meteorit saattavat vaikuttaa harvinaisilta, mutta NASA:n arvioiden mukaan noin 48,5 tonnia tällaista materiaalia putoaa Maahan päivittäin.

Koska ne ovat osa avaruutta, nämä kivet voivat tarjota arvokasta tietoa asteroidien, planeettojen ja aurinkokuntamme koostumuksesta, muodostumisesta ja historiasta. 

Meteorite koostuu erilaisista materiaaleista, kuten kiveksestä, metallista tai niiden yhdistelmästä.

Nämä meteoridit tutkitaan tutkijoiden toimesta tarkasti käyttäen erilaisia tekniikoita, kuten valokuva- ja teleskooppihavaintoja, tutka- havaitsemista, mikroskopiaa, spektroskopiaa, magnetometriaa ja muita.

Viime aikoina tekoälyä käytetään myös avaruusmeteoridien ymmärtämiseen automatisoimalla niiden havaitseminen drone-kuvien avulla, parantamalla niiden tyypin luokittelua koneoppimisen kautta, tunnistamalla mahdollisia vaikutuspaikkoja ja jopa paljastamalla meteoridien sisäisen materiaalin koostumuksen. 

Analysoimalla valtavia tietoaineistoja ja tunnistamalla malleja, jotka ihmiset saattavat ohittaa, tekoäly parantaa meteoriditutkimuksen tehokkuutta ja tarkkuutta, mikä puolestaan tarjoaa kriittisiä näkemyksiä elämän alkuperästä.

Esimerkiksi tutkimus¹ viime vuoden lopulta löysi todisteita nestemäisestä vedestä Marsissa 742 miljoonaa vuotta sitten tekoälyn avustuksella meteoridin avulla.

Joten asteroidit osuivat Marsiin yksitoista miljoonaa vuotta sitten ja lähettivät palasia punaiselta planeetalta avaruuteen. Yksi näistä paloista törmäsi Maahan, tarjoten meille meteoridin, jonka alkuperä voidaan jäljittää suoraan Marsiin. 

Sitä kutsuttiin Lafayette-meteoridiksi, ja tutkimuksissa havaittiin, että se oli Marsissa vuorovaikutuksessa veden kanssa. Äskettäin kansainvälinen tiedeyhteisö määritteli meteoridin mineraalien iän, jotka muodostuivat, kun nestemäistä vettä oli läsnä. 

“Voimme tunnistaa meteoridit tutkimalla, mitä mineraaleja niissä on ja näiden mineraalien välisiä suhteita meteoridissa.”

– Pääkirjoittaja Marissa Tremblay, apulaisprofessori Maapallon, ilmakehän ja planeettatieteiden (EAPS) osastolla Purdue University

Hän lisäsi, että meteoridit ovat tiheämpiä kuin maapallon kivet, ovat magneettisia ja sisältävät metallia. Kuitenkin meteoridien löytäminen ei ole helppoa. 

Meteoridin löytämisen mahdollisuus on itse asiassa hyvin pieni. Tämän seurauksena tutkijat ovat käyttäneet tekoälyä yhdessä dronejen kanssa löytöjen tekemiseen. 

Vuonna 2022 Australian Curtin Universityn tutkijat löysivät meteoridin, joka seurasi ellipsiä Jupiterin ja Venuksen ratojen välillä, syrjäisessä Australian erämaassa koneoppimisen ja kahden dronin avulla.

Teknologia mahdollistaa meteoridinetsijöille toistuvat tehtävät ilman tarkkaavaisuuden menettämistä. Itse asiassa koneet oppivat käsittelemään vääriä positiivisia toistojen kautta. 

“Meteoridien metsästyksen pyhä graali on nyt drone, joka voi ruuduttaa maantieteellisen alueen, tarkastella maata ja löytää meteoridit tekoälyn avulla.”

– Mike Hankey, The American Meteor Society

Yliopiston Maapallon ja planeettatieteiden tiedekunta, yhdessä Pariisin observatorion, International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) ja muiden instituutioiden kanssa, yhteistyössä ratkaisi hiilirikkaiden asteroidien arvoituksen, jotka ovat yleisiä avaruudessa, mutta muodostavat vähemmän kuin 5 % Maahan saapuvista meteorideista.

Tämä tutkimus², joka on ratkaissut pitkään kestäneen mysteerin avaruustieteessä, julkaistiin tänä vuonna. Tässä tutkijat analysoivat lähes 8 500 meteoroidi- ja meteoriditapahtumaa.

Mitä tutkimus on havainnut, on että Aurinko ja Maan ilmakehä toimivat kuin jättimäiset suodattimet, jotka tuhoavat hiilipitoiset meteoroidit ennen kuin ne saavuttavat maanpinnan. Tällaiset meteoridit ovat tärkeitä, koska ne sisältävät aminohappoja, orgaanisia molekyylejä ja vettä.

Vaikka jo tiedettiin, että hiilipitoinen materiaali ei selviä ilmakehän läpikulusta, tutkimus osoitti, että monet meteoroidit “eivät edes pääse niin pitkälle”, hajoten lähellä Aurinkoa. 

“Ne, jotka selviävät avaruudessa kuumennuksesta, todennäköisemmin myös selviävät Maan ilmakehästä.”

– Co-author Dr. Hadrien Devillepoix, Curtin’s Space Science and Technology Centre and Curtin Institute of Radio Astronomy (CIRA)

Lisäksi se havaitsi, että Auringon läheltä hajotetut meteoroidit ovat erityisen haavoittuvia ja lähes koskaan eivät selviä ilmakehän läpikulusta. Pariisin observatorion tohtori Patrick Shoberin mukaan:

“Tämä löydös voi vaikuttaa tuleviin asteroiditehtäviin, vaikutusvaarojen arviointeihin ja jopa teorioihin siitä, miten Maa sai vesinsä ja orgaaniset yhdisteensä, jotka mahdollistivat elämän alun.”

Sillä välin tutkimus³ tästä vuodesta käytti tekoälyä löytääkseen, että “Marsquakes”, yksi planeetan pinnan muokkaavista voimista, johtuvat meteoroidien aiheuttamasta seismisestä toiminnasta.

Bernin yliopiston ja Imperial College Londonin tutkijaryhmä hyödynsi tekoälyä tunnistaakseen uusia vaikutuksia kymmenissä tuhansissa kiertoradan kuvista vuosina 2018–2022 ja vertasi niitä seismisiin tietoihin. Tämä auttoi tutkijoita löytämään 123 uutta kraatteria vertailuun, joista 49 saattoi olla yhteydessä maanjäristyksiin.

Tuoreiden tietojen mukaan Marsissa meteoroidien vaikutukset tapahtuvat noin kaksinkertaisina kuin aiemmin arvioitiin.

Tämä, professori Tom Pike Imperialin tiimistä totesi, osoittaa “voiman syvälliseen tarkasteluun useista Marsin tietoaineistoista. Ilman seismisiä tietoja emme olisi tienneet, mistä etsiä vaikutusta kiertoradan kuvista, ja ilman kiertoradan kuvia emme olisi pystyneet paikallistamaan seismisen energian lähdettä.”

Tekoäly on muuttanut pelin tutkijoille havaitsemalla vaikutuksen yhdestä pikselistä matalan resoluution kiertoradan kamerassa, jota käytetään päivittäiseen sääseurantaan. “Tekoälyn teho ja nopeus on mahdollistanut neulan löytämisen heinäsuovasta!” hän lisäsi.

Konealgoritmi, joka näyttelee keskeistä roolia, kehitettiin JPL:ssä, ja se pystyy läpikäymään valtavia määriä dataa, kuten kuvia. 

AI vahvistaa kiteen-lasin hybridin

Nyt viimeisin tutkimus⁴ Columbia Engineeringin tutkijoilta on käyttänyt tekoälyä tehdäkseen vielä yhden ihmeellisen löydön. He ovat vahvistaneet “hybridisen” lämpöominaisuuden avaruusmineralissa, joka ei noudata tavallisia lämmönvirtauslakeja. Meteoridi toimii sekä kiteenä että lasina. 

Tämä on läpimurto, koska kiteiden ja lasien lämmönjohtavuus on täysin päinvastaista. Lämpöjohtavuus vaihtelee voimakkaasti molemmissa. The thermal conductivity of materials varies dramatically depending on atomic structure. Here’s how crystalline, glassy, and hybrid materials compare:

Nämä trendit näyttelevät keskeistä roolia monissa teknologioissa, mukaan lukien hukkalämmön talteenottojärjestelmät, elektronisten laitteiden miniaturisointi ja tehokkuus sekä lämpösuojien käyttöikä avaruussovelluksissa.

Materiaalien suorituskyvyn ja kestävyyden optimointi näissä sovelluksissa edellyttää syvällistä ymmärrystä siitä, miten niiden atomirakenne ja kemiallinen koostumus määrittävät lämmönjohtokyvyn.

Michele Simoncelli, soveltavan fysiikan ja soveltavan matematiikan apulaisprofessori Columbia Engineeringissä, otti ensimmäisen periaate-lähestymistavan ja yhdisti sen koneoppimiseen tunnistaakseen ainutlaatuisen materiaalin, jolla on poikkeukselliset lämpöominaisuudet.

Koneoppimistekniikat mahdollistivat tiimille ylittää ensimmäisen periaatteen menetelmien laskennalliset haasteet ja simuloida atomisia ominaisuuksia, jotka vaikuttavat lämmön kulkuun kvanttitasoisella tarkkuudella. 

Materiaali on ensimmäinen kaltaisensa, joka löydettiin meteorideista ja tunnistettiin Marsissa. 

Perusfysiikan selvittäminen, joka ohjaa tätä erityistä käyttäytymistä, voi edistää ymmärrystämme ja auttaa suunnittelemaan materiaaleja, jotka hallitsevat lämpöä äärimmäisissä lämpötilaeroissa.

Nyt lämpöjohtuminen, joka on lämmön siirtyminen kiinteän aineen kautta fyysisen kosketuksen avulla, riippuu materiaalin atomirakenteesta. Joten, onko materiaali lasimainen, epäjärjestäytyneellä, ei-kiteisellä rakenteella, vai kiteinen, järjestäytyneellä atomiverkolla, vaikuttaa siihen, miten lämpö virtaa kvanttitasolla.

Periaatteessa lämpöjohtuminen kasvaa laseissa lämpötilan noustessa ja vähenee kiteissä lämmön kasvaessa.

Jotta voidaan kuvata tämä vastakkainen lämpöjohtavuustrendi laseissa ja kiteissä, Simoncelli yhteistyössä Francesco Maurin kanssa Sapienza University of Romesta ja Nicola Marzarin kanssa Sveitsin Federal Institute of Technology, laati yhden yhtälön vuonna 2019.

Merkittävää on, että yhtälö kuvaa osittain epäjärjestäytyneiden materiaalien välikäyttäytymistä. Tämä sisältää materiaaleja, joita käytetään lämpösuoja-kerroksissa, perovskii-solarisoluissa ja termoelektroissa hukkatetyn lämmön talteenottoon.

Nyt käyttäen tätä samaa yhtälöä, he tutkivat atomirakenteen ja lämpöjohtavuuden välistä suhdetta piidioksidista (SiO2) valmistetuissa materiaaleissa.

Tunnettu myös nimellä piidioksidi, se on luonnollisesti esiintyvä kemiallinen yhdiste, joka koostuu piistä ja hapesta, kahdesta maapallon yleisimmästä alkuaineesta. Se on yksi hiekan pääkomponenteista. 

Tutkijat ennustivat, että piidioksidin “tridymiitti”-muoto osoittaisi kiteen-lasin materiaalin merkkejä, jonka lämpöjohtavuus ei muutu lämpötilan mukana. 

Tridymiitti on korkean lämpötilan kiteinen piidioksidin muoto, joka esiintyy pääasiassa vulkaanisissa kivissä ja muodostuu korkeissa lämpötiloissa ja alhaisessa paineessa. Se on myös löydetty meteorideista.

Tridymiitin epätavallinen lämmönkuljetuskäyttäytyminen sai Sorbonnen yliopiston Pariisissa Daniele Fournierin, Massimiliano Marangolon ja Etienne Balanin johtaman kokeiluryhmän testaamaan saksalaisesta meteoridista peräisin olevaa piidioksidi-tridymiittiä, joka putosi maahan kolme sataa vuotta sitten.

Kokeet vahvistivat tutkijoiden ennusteet mittauksilla.

Meteorinen tridymiitti on vahvistettu omaavan atomirakenteen, joka sijoittuu järjestäytyneen kiteen ja epäjärjestäytyneen lasin väliin. Lisäksi he havaitsivat, että sen lämpöjohtavuus pysyy vakiona 80 K:n ja 380 K:n välillä, lämpötila-alueella, joka on kokeellisesti saavutettavissa.

Lisäanalyysissä tiimi ennusti, että materiaali voisi muodostua lämpöikääntymisen seurauksena tulenkestävissä tiilissä, jotka toimivat lämmönsuojana terästeollisuuden uuneissa.

Monipuolinen, kestävä ja monitoiminen teräs on yksi nykyaikaisen yhteiskunnan keskeisimmistä materiaaleista, tukien erilaisia teollisuudenaloja ja infrastruktuureja. Kuitenkin teräksen tuotanto on hiilidioksidipainotteinen prosessi, jossa 1 kg terästä vapauttaa noin 1,3 kg CO₂.

Lähes 1 miljardin tonnin teräksen vuosituotanto aiheuttaa suuren määrän CO₂-päästöjä, niin paljon että se vastaa noin 7 % Yhdysvaltojen hiilipäästöistä.

Kuten tutkimus totesi, näiden tehokkuus ja ympäristövaikutus määräytyvät pitkälti siitä, miten lämpöä hallitaan uuneissa, erityisesti tulenkestävien materiaalien lämmönjohtavuuden kautta, jotka kestävät äärimmäisiä lämpötiloja.

Siksi tridymiitista johdetut materiaalit voisivat mahdollistaa tehokkaamman hallinnan teräksen tuotannon voimakkaassa lämmössä. Näin tutkimuksen löydösten avulla tulenkestävien lämmönjohtavuutta voidaan parantaa, mikä puolestaan lyhentää uunien polttoaikaa ja vähentää terästeollisuuden hiilijalanjälkeä.

Lisäksi Simoncellin ryhmä Columbia:ssa tutkii saman mekanismin käyttöä, joka määrää lämmön virtauksen hybridikite-lasin materiaaleissa, ymmärtääkseen muiden kiinteiden aineiden, kuten spiniä kantavien magnoneiden ja varauksia kantavien elektronien, käyttäytymistä.

Nämä käsitteet auttavat kehittyvissä ja energiatehokkaissa teknologioissa, mukaan lukien spintroniikkalaitteet, kannettavat laitteet ja neuromorfinen laskenta.

Tämän vuoksi tutkimusryhmä työskentelee kehittääkseen ensimmäisen periaatteen teorioita, jotka ennustavat kokeellisia havaintoja, kehittääkseen tekoälypohjaisia simulaatiotekniikoita tarkkojen materiaalien ominaisuuksien kvantitatiivisesti tarkkoihin ennusteisiin, ja soveltaakseen niitä materiaalien löytämiseen ja suunnitteluun, jotka vastaavat insinööri- ja teollisuushaasteisiin.

Sijoittaminen tekoälyavaruustutkimukseen

Kun puhutaan avaruustutkimuksesta, Lockheed Martin Corporation (LMT ) erottuu merkittävänä NASA:n ja puolustusministeriön pääurakoitsijana. Yritys suunnittelee tekoälypohjaisia satelliittijärjestelmiä ja planeettaprobei tukemaan tehtäviä kuten Marsin tutkimus.

Globaali ilmailu- ja puolustusyritys on markkina-arvoltaan 101,23 miljardia dollaria, ja sen osakkeet käyvät tällä hetkellä 433,60 dollaria, 11 % laskua vuoden alusta. Sen EPS (TTM) on 23,15 ja P/E (TTM) 18,73. Lockheed maksaa osinkotuoton 3,04 %.

Lockheed Martin Corporation (LMT )

Juuri tällä viikolla yritys ilmoitti uudesta, entistä kykenevämmästä ja kestävämmästä ohjusvaroitussatelliitista. Testauksen aikana Next-Gen OPIR GEO -satelliitti osoitti kykynsä toimia ja kestää ankaria lämpötiloja sekä voimakasta tärinää.

Vuodelle 2025 Q2 se raportoi myyntiä 18,2 miljardia dollaria, mikä on nousua 18,1 miljardia dollaria samassa neljänneksessä viime vuonna. Sen nettotulos neljännekselle oli 342 miljonaa dollaria, tai 1,46 dollaria osakkeelta. Yritys raportoi myös 1,6 miljardia dollaria ohjelmavahingot ja 169 miljonaa dollaria muita kuluja. Tämä, Reutersin mukaan, johtui “vaikeuksista luokitellun ohjelman kanssa sen Aeronautics-liiketoiminnassa ja kansainvälisten helikopteriohjelmien kanssa sen Sikorsky-yksikössä.”

Tänä aikana kassavirta toiminnoista oli 201 miljonaa dollaria, mikä on valtava lasku 1,9 miljardiin dollariin 2Q24:ssä. Samaan aikaan vapaa kassavirta oli (150) miljonaa dollaria, verrattuna 1,5 miljardiin dollariin samassa neljänneksessä viime vuonna. Lockheed myös palautti 1,3 miljardia dollaria osakkeenomistajille osinkojen ja osakkeiden takaisinoston kautta. 

Sen toimitusjohtaja Jim Taiclet totesi, että Yhdysvaltain ja liittoutuneiden asiakkaat “pyytävät meitä nostamaan ja nopeuttamaan monia keskeisiä ohjelmia”, mukaan lukien Yhdysvaltain Space Force -tilaus lisä GPS IIIF -satelliitteja. Hän lisäsi:

“Samaan aikaan, jatkuva ohjelmien tarkasteluprosessimme on tunnistanut uusia kehityksiä, jotka pakottivat meidät arvioimaan uudelleen useiden merkittävien perintöohjelmien taloudellisen tilanteen. Tämän seurauksena otamme useita kulueriä tällä neljänneksellä näiden äskettäin tunnistettujen riskien käsittelemiseksi.”

Viimeisimmät Lockheed Martin Corporation (LMT) -osaketuotteiden uutiset ja kehitykset

Johtopäätös

Tekoälyn taika ulottuu Maapallon rajoista avaruuden syvyyksiin, auttaen meitä paljastamaan piilotettuja malleja avaruuskivissä, Marsin maanjäristyksistä eksoottisiin lämpökäyttäytymiin. Näiden löytöjen myötä tekoäly nopeuttaa löytöjä, jotka muuttavat ymmärrystämme universumista sekä materiaalien tulevaisuudesta.

Klikkaa tästä oppiaksesi kaiken tekoälyyn sijoittamisesta.

Lähteet:

1. Tremblay, M.M., Mark, D.F., Barfod, D.N., Cohen, B.E., Ickert, R.B., Lee, M.R., Tomkinson, T., & Smith, C.L. Viimeaikaisen vesitoiminnan ajoittaminen Marsilla. Geochemical Perspectives Letters, 32, julkaistu 6. marraskuuta 2024. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2443
2. Shober, P.M., Devillepoix, H.A.R., Vaubaillon, J., ym. Periheliumin historia ja ilmakehän selviytyminen maapallon meteoridirekisterin ensisijaisina ajureina. Nature Astronomy, 9, 799–812 (kesäkuu 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. Uudet vaikutukset Marsissa: Seismisten etenemistien selvittäminen Cerberus Fossae -vaikutustunnistuksen avulla. Geophysical Research Letters, ensimmäinen julkaisu 3. helmikuuta 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. Lämpötilasta riippumaton kite‑lasi lämmönjohtavuus: Meteorideista tulenkestävään. Proceedings of the National Academy of Sciences, 122(28), e2422763122 (11 heinäkuuta 2025). https://doi.org/10.1073/pnas.2422763122