Archwilio cyfyngiadau Deallusrwydd Artiffisial wrth ddarogan maes magnetig yr Haul

Magnetogramau a delweddau EUV o’r Haul a gynhyrchwyd gan AI. Llun: Liu et al. Nature Astronomy, 2021

Magnetogramau a delweddau EUV o’r Haul a gynhyrchwyd gan AI. Llun: Liu et al. Nature Astronomy, 2021

12 Chwefror 2021

Mae angen i wyddonwyr fod yn ymwybodol o gyfyngiadau technegau Deallusrwydd Artiffisial (AI) a ddefnyddir i ddarogan y maes magnetig solar byd-eang a phroffwydo tywydd y gofod, yn ôl astudiaeth academaidd newydd a gyhoeddwyd heddiw (dydd Gwener 12 Chwefror 2021) yng nghylchgrawn Nature Astronomy.

Cyfrannodd Cynorthwyydd Ymchwil Ôl-Ddoethurol, Dr Marianna Brigitta Korsos o grŵp Ymchwil Cysawd yr Haul yn Adran Ffiseg Prifysgol Aberystwyth, at yr astudiaeth sy’n cael ei harwain gan Brifysgol Sheffield ac sydd hefyd yn cynnwys ymchwilwyr o Brifysgol Queen’s yn Belfast, Academi Gwyddorau Tsieina a Phrifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Tsieina.

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae nifer o dechnegau AI newydd wedi'u cyflwyno i faes ffiseg solar a phroffwydo tywydd y gofod.

Un cynllun dan ystyriaeth, er enghraifft, yw defnyddio model AI soffistigedig i atgynhyrchu'r meysydd magnetig ffotosfferig a welwyd yn ystod taith lloeren SDO NASA gan ddefnyddio arsylwadau o'r cromosffer solar gyda thymheredd o tua 50,000 gradd fel yr unig fewnbynnau.

Cafwyd canlyniadau addawol hyd yma, gyda lefel uchel o draws gydberthynas rhwng cyfanswm llif magnetig y meysydd magnetig a arsylwyd a'r meysydd magnetig a gynhyrchwyd ar arwyneb gweladwy'r Haul, neu’r ffotosffer fel y’i gelwir.

Mae meysydd magnetig ffotosfferig yr Haul yn chwarae rhan sylfaenol wrth ffurfio smotiau haul, er enghraifft, neu'r ardaloedd deinamig hynny a elwir yn ardaloedd  gweithredol yr atmosffer solar.

Credir hefyd mai’r ardaloedd yma yw tarddiad alldafliadau màs coronaidd (Coronal Mass Ejections neu CMEs) a fflachiadau, sydd ymhlith y ffrwydradau mwyaf a mwyaf egnïol yn ein System Solar. Y ffrwydradau enfawr yma yw prif achos digwyddiadau difrifol o ran tywydd y gofod.

Mae tywydd y gofod yn derm sy'n cyfeirio at yr amodau ffisegol (e.e. magnetig a phlasma) yn y gofod ger y Ddaear, ac mae’n gallu effeithio ar weithrediad a diogelwch ystod eang o gyfleusterau technegol cyfoes gan gynnwys awyrennau, lloerennau, GPS, gridiau pŵer a phibellau olew.

Dywedodd yr Athro Robert Erdélyi, pennaeth SP2RC: “Beth sy’n rhaid ei gofio yw mai mathemateg a ffiseg yw'r pethau sylfaenol. Mae bob amser yn beryglus braidd i anwybyddu modelu mathemategol y ffiseg y tu cefn i'r gweithgareddau solar yma wrth geisio eu darogan drwy ddefnyddio technegau modern fel AI. Rhaid i ni beidio â defnyddio'r offer hynod ddiddorol hyn fel blychau du gan y gallai hyn ein camarwain ac mae’n bosib dod i gasgliadau sydd wedi'u gor-ddehongli."

Drwy ddadansoddi arloesol a manwl, aeth y ddau fathemategydd cymhwysol Dr Jiajia Liu (cyn Gydymaith Ymchwil ym Mhrifysgol Sheffield, ac ar hyn o bryd ym Mhrifysgol Queen’s) a Dr Yimin Wang (Prifysgol Sheffield) fel awduron cyntaf cyfartal, Xin Huang (Academi Wyddoniaeth Tsieineaidd), Marianna B. Korsos (Cymrawd Ymchwil ym Mhrifysgol Aberystwyth), Ye Jiang (Prifysgol Sheffield), yr Athro Yuming Wang (Prifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Tsieina) a’r Athro Robert Erdélyi (awdur cyfatebol, Prifysgol Sheffield), i'r afael â'r cwestiwn hollbwysig ynghylch y cyfyngiadau sy’n perthyn i fodelau AI wrth ddarogan y maes magnetig solar.

"Sbardunwyd yr ymchwil gan yr angen i ddilysu canlyniadau a gafwyd wrth ddefnyddio AI i broffwydo tywydd y gofod. Mae hwn yn ddull cyffrous yn y maes rhyngddisgyblaethol hwn sy'n datblygu'n gyflym. Mae gan bob un ohonom ein barn ac o bryd i’w gilydd ein hamheuon ynghylch pa mor drwm y dylem ddibynnu ar AI. Rwy'n falch iawn o fod yn rhan o'r cydweithio hwn fel ymchwilydd benywaidd ifanc ym Mhrifysgol Aberystwyth ac rwyf wedi dysgu llawer am y maes gwyddoniaeth diddorol hwn" meddai Dr Korsos.

Dywedodd Dr Huw Morgan, Pennaeth Ffiseg Cysawd yr haul yn yr Adran Ffiseg ym Mhrifysgol Aberystwyth: "Mae'r defnydd o AI mewn seryddiaeth, a ffiseg solar yn arbennig, yn tyfu'n gyflym, ac mae'n arbennig o bwysig yng nghyd-destun darogan fflachiadau solar a phroffwydo tywydd y gofod. Y perygl yw dibynnu'n ddall ar AI heb ddadansoddiad trylwyr. Mae angen i ni hefyd ddeall y mecanweithiau ffisegol sylfaenol sy'n arwain at fflachiadau solar - gall AI ein helpu i ddeall hyn neu o leiaf ein harwain i’r cyfeiriad cywir. Mae'r cydweithio yma’n hynod gyffrous i ni: mae'n gam hollbwysig o ran meincnodi perfformiad AI yn y maes hwn, ac mae'n cynnig addewid mawr ar gyfer y dyfodol."

Ychwanegodd Dr Liu a Dr Wang: "Er bod y model AI wedi perfformio'n dda wrth ddarogan cyfanswm y llif magnetig di-lofnod, gwnaethom ddarganfod nad oedd wedi perfformio yn ôl y disgwyl o ran proffwydo paramedrau eraill gan gynnwys y llif net a'r llinellau refersiwn polaredd, sy'n hanfodol wrth broffwydo tywydd y gofod.

"Mae ffiseg sylfaenol y tu cefn i'r canlyniadau. Mae damcaniaeth magnetohydrodynamig yn dweud wrthym nad yw arsylwadau delweddu o'r cromosffer a'r corona yn darparu digon o wybodaeth am y polareiddio ffotosfferig yn y maes magnetig."

Ychwanegodd yr Athro Erdélyi: "Mae AI yn uwch dechneg sy'n datblygu'n gyflym ac mae iddo gymwysiadau eang mewn gwyddoniaeth a thechnoleg. Fodd bynnag, rhaid i ddefnyddwyr fod yn ymwybodol o'r cyfyngiadau, yn enwedig wrth ei gymhwyso i ymchwil wyddonol. Heb ystyried y fathemateg a'r ffiseg sylfaenol sy'n gysylltiedig, mae cyfyngiadau yn perthyn i'r dechneg hon o ran sicrhau canlyniadau dibynadwy hyd yn oed os yw rhywun yn defnyddio'r AI neu’r dysgu peirianyddol mwyaf datblygedig."