Jos tekoäly pystyy tuottamaan kissavideoita, pystyisikö sillä mallintaman myös elektronien liikkeitä magneettikentässä?
Kissavideoista on pitkä matka avaruussäähän – tai niinhän sitä luulisi. Kuitenkin juuri tekoälyn luomat kissavideot antoivat laskennallisen avaruusfysiikan professori
– Jos mallinnus onnistuu, antaisi se oikopolun avaruussään mallintamiseen ohi fysiikkaperusteisen laskennan, Palmroth selittää.
Ajatus poiki Palmrothin kauden akatemiaprofessorina 2026–2030.
Avaruussään armoilla
Palmrothin tutkimuskohteena on jo pitkään ollut avaruussää. Sillä tarkoitetaan Auringosta peräisin olevan plasman, niin sanotun aurinkotuulen, vuorovaikutusta maapallon magneettikentän kanssa.
– Kaoottisuudessaan ilmiö muistuttaa hieman ilmakehän sääilmiöitä, mutta sen kokonaisuuden monta kertaluokkaa mutkikkaampaa, Palmroth kertoo.
Tähän on kolme keskeistä syytä. Ensimmäinen on mittakaava. Siinä missä tavallinen sää tapahtuu noin 10 kilometrin korkuisessa alailmakehän troposfäärissä, ulottuu avaruussää Maan magneettikentän mukana miljoonia kilometrejä avaruuteen.
Toinen on vuorovaikutusten mutkikkuus. Siinä missä tavallisen sään ilmiöt tapahtuvat neutraalissa kaasussa, on avaruussää riippuvainen sähkömagneettisista vuorovaikutuksista.
Kolmas on havaintomateriaalin vähäisyys. Sääasemia on maapallolla tuhansittain, mutta avaruussään mittauspisteitä vain muutamia kymmeniä.
Antaako tekoäly oikotien?
Silti avaruussään seuranta on kehittynyt huimasti. Vielä 20 vuotta sitten Auringon tuottaman plasman atomiydinten protonien mallintamista pidettiin mahdottomana, mutta menetelmien ja laskentatehon kasvu ovat tehneet liikkeen ymmärrettäviksi.
Pienemmät elektronit ovat kuitenkin olleet liikaa parhaillekin superkoneille.
– Elektronin massa on yksi 1836:s osa protonista. Tämän lisäksi ne ovat nopeita ja niitä on paljon, Palmroth kuvaa.
Elektronien edessä jopa suurteholaskenta on voimatonta. Tekoäly voi mahdollistaa kuitenkin uuden lähestymistavan.
– Laskemisen sijaan yritämme rekonstruoida elektronit tekoälyn avulla ja sitten täydentää fysiikkaperusteista laskentaa mallinnuksella, Palmroth selittää.
Onnistuessaan tekniikka voisi tuottaa entistä tarkemman kuvan avaruussäästä. Ennustamiseen se ei silti riitä.
– Se on sitten vielä seuraavan askeleen ongelma.
Haastava ignorosfääri
Akatemiaprofessuurin lisäksi Palmroth sai johdettavakseen
Uusia haasteita avaruustekniikalle teettää Yhdysvaltojen uusi lainsäädäntö. Se määrää uudet satelliitit sijoitettaviksi aiempaa alemmas, ilmakehän ylärajalla sijaitsevaan ignorosfääriin.
Ajatus lain takana on sinänsä hyvä: ilmakehän kaasut hidastavat satelliitteja ja saavat ne putoamaan viiden käyttövuoden jälkeen. Tämä estää vanhoja satelliitteja unohtumasta romuksi.
Toteutustapa ei kuitenkaan vakuuta Palmrothia.
— Ignorosfääri on koko planeetan huonoimmin ymmärretty ympäristö, Palmroth kertoo.
— Se sijaitsee välimaastossa, jossa fysiikkaa hallinnoivat sekä varautuneet että varauksettomat hiukkaset. Siksi sen mallintaminen on erittäin vaikeaa. Satelliittien lähettäminen sinne hankaloittaa niiden liikeratojen ennakoimista.
Huippuyksikön tarkoitus on pyrkiä ymmärtämään ignorosfääri osana plasman kulkua Auringosta Maahan. Tieto voi olla arvokasta esimerkiksi estämään satelliittien hallitsemattomia syöksyjä alas kiertoradoilta.
Uusi avaus on myös varautuminen avaruussään vain kerran sadassa tai tuhannessa vuodessa toistuviin ääri-ilmiöihin.
— Olemme yhä riippuvaisempia satelliiteista. Niinpä meidän täytyy selvittää niiden toiminta myös harvinaisten voimakkaiden aurinkotuulen purkausten aikana, Palmroth kertoo.
Fukseja opettamassa
– Erityisen upealta tuntuu se, että palkinto tekee näkyväksi usein piilossa olevan strategisen työn ja eri toimijoiden välisen junailun. Niihin minulla on mennyt paljon aikaa, Palmroth toteaa.
Marraskuussa Palmroth valittiin myös Helsingin yliopiston hallitukseen kaudelle 2026–2029.
Akatemiaprofessuuri, huippuyksikkö ja hallituspaikka riittäisivät varmasti pitämään Palmrothin kiireisenä seuraavat vuodet. Siitä huolimatta hän haluaa edelleen jatkaa myös fuksien opettamista.
– Nuorista saa virtaa, ja hehän ovat meidän tulevaisuutemme. Niinpä haluan olla mukana heidän matkallaan tähtiin.