يمكن لتقنية مبتكرة لقياس القوة المؤثرة على حبيبات الرمل الفردية أن تساعد العلماء على اكتشاف كيفية تشكيل الرياح لسطح المريخ.
وتستخدم الطريقة، التي طورها باحثون في جامعة ولاية كامبيناس في البرازيل، صورًا أسطح الكثبان الرملية لتقدير القوة المؤثرة على كل حبة رمل. ومن خلال الجمع بين التجارب المعملية والمحاكاة الحاسوبية والذكاء الاصطناعي (AI)، أنشأ الفريق خرائط تفصيلية للقوة تكشف عن فيزياء تكوين الكثبان الرملية.
تتشكل الكثبان الرملية، وخاصة الكثبان الرملية ذات الشكل الهلالي، أينما تتدفق الرياح أو المياه فوق الرمال السائبة – من الصحاري وقاع البحار على الأرض إلى سهول المريخ المتربة. ويمكن للعلماء تتبع حركتها لاستنتاج الرياح السائدة والظروف البيئية، لكن قياس القوى الدافعة لحركة كل حبة كان مستحيلا حتى الآن، وفقا لـ بيان من الجامعة.
وقال الباحثون في البيان: “لقياس القوة المؤثرة على كل حبة، ستحتاج إلى وضع مقياس تسارع صغير على كل حبة، وهو ببساطة غير موجود”.
وللتغلب على هذا التحدي، قام الفريق بإعادة إنشاء الكثبان الرملية المصغرة تحت الماء في بيئة معملية وأجرى عمليات محاكاة ثلاثية الأبعاد مفصلة لحساب القوى الدقيقة المؤثرة على كل حبة. ثم قاموا بتدريب شبكة عصبية تلافيفية – شكل من أشكال الذكاء الاصطناعي تستخدم للتعرف على الصور – لربط صور الكثبان الرملية مع “خرائط القوة” المقابلة من عمليات المحاكاة. وبمجرد تدريبه، يستطيع الذكاء الاصطناعي استنتاج توزيع القوى مباشرة من البيانات المرئية. وعند اختبارها على صور جديدة، تنبأت بدقة بالقوى المؤثرة، حتى بالنسبة لأشكال الكثبان الرملية التي لم ترها من قبل.
وقال ريناتو ميوتو، باحث ما بعد الدكتوراه والمؤلف الرئيسي للدراسة، في البيان: “أي نظام حبيبي يمكن رؤيته في الصورة – سواء كان الجليد أو الملح أو الجسيمات الاصطناعية – يمكن تحليله طالما أن هناك محاكاة قادرة على إعادة إنتاج سلوك المادة بدقة”.
إن القدرة على استخراج مثل هذه المعلومات المادية التفصيلية من الصور وحدها يمكن أن يكون لها تطبيقات واسعة النطاق. على أرضقد يساعد المهندسين على التنبؤ بشكل أفضل بالتآكل الساحلي أو نقل الرواسب النهرية أو سلوك المواد الحبيبية في الأنظمة الصناعية. ويمكن تطبيق هذا أيضًا على الكواكب الأخرى التي يتم تصويرها من المدار، مثل المريخ، والتي تتطور كثبانها وفقًا لنفس الفيزياء الأساسية مثل تلك الموجودة على الأرض.
“في حالة المريخ، من الممكن أن نستنتج، من الصور المتاحة على نطاق واسع، شدة الرياح وقال إريك فرانكلين، الأستاذ والمؤلف المشارك في الدراسة، في البيان: “في الماضي وتطور الكثبان الرملية في المستقبل”.
وبالتالي، توفر هذه الطريقة نافذة جديدة لدراسة تاريخ الغلاف الجوي للكوكب الأحمر وتطور سطحه. وكانت النتائج التي توصلوا إليها تم النشر في 1 أغسطس في مجلة رسائل البحوث الجيوفيزيائية.
التعليقات