المترجم: عدنان أحمد الحاجي

طالب ثانوية استطاع أن يكتشف مليونًا ونصف مليون جرم سماوي باستخدام الذكاء الاصطناعي وفاز بجائزة قيمتها ربع مليون دولار.

من خلال أبحاثه في معهد كالفورنيا للتكنولوجيا (كالتك Caltech)، كشف طالب ثانوية عن 1.5 مليون جرم سماوي غير معروف سابقًا، مما وسع من إمكانيات مهمات برنامج ناسا للرحلات الفضائية، ونشرت ورقة محكمة، حيث كان هذا الطالب هو المؤلف الوحيد فيها.

الورقة التي ألّفها ماثيو باز Matthew Paz. والتي نشرت في المجلة الفلكية  Astronical Journal، وصف فيها خوارزمية الذكاء الاصطناعي التي طورها والتي أدت إلى هذه الاكتشافات الفلكية. والتي يمكن أن يوظفها باحثون آخرون في علم الفلك والفيزياء الفلكية في أبحاثهم الخاصة.

بسبب هذا الإنجاز، فاز باز، طالب الصف الثالث ثانوي في مدينة باسادينا، في كالفورنيا، بجائزة المركز الأول بقيمة ربع مليون دولار في برنامج رجنرون Regeneron للبحث عن المواهب العلمية لطلاب المدراس الثانوية الذي تشرف عليه جمعية العلوم.

طالب الثانوية باز كان راغبًا في الاستزادة من علوم الفلك لأن والدته كانت تصطحبه إلى محاضرات عامة في رصد النجوم (1) في كالتك عندما كان طالبًا في المدرسة الابتدائية. في صيف عام 2022، جاء إلى كالتك لدراسة علم الفلك وعلوم الكمبيوتر المتعلقة بعلم الفلك في أكاديمية Planet Finder التابعة لـ (كالتك) بقيادة أستاذ علم الفلك أندرو هوارد (2). في عام 2023، التحق في برنامج صيفي في كالتك لمدة ستة أسابيع، وهو برنامج آخر يديره مركز التدريس والتعلم والتواصل الذي يجمع طلاب المدارس المحلية مع مرشدين في مختبرات كالتك.

عمل باحث علم الفلك وكبير الباحثين في مركز المعالجة والتحليل بالأشعة تحت الحمراء دڤفي كيركباتريكDavy Kirkpatrick  كمرشد للطالب باز. قام ديڤي بتوجيه طلاب المدارس الثانوية خلال فصول الصيف الخمسة الماضية. كما قام بتوجيه غيرهم من الطلاب الجامعيين وباحثين من مواطنين وطلاب دراسات عليا.

قال باز: "لقد كنت محظوظًا جدًّا حيث تهيأت لي فرصة العمل مع ديڤي". "أتذكر اليوم الأول حيث سنحت لي الفرصة للحديث معه، حيث ذكرت له إنني قد أخذت في اعتباري العمل على كتابة ورقة لنتائج عملي البحثي هذا، وهو ما يعتبر هدفًا أكبر بكثير من برنامج الستة أسابيع الصيفي الذي سأقضيه هنا. كان ديڤي مرحبًا ولم يحد من عزيمتي، وسمح لي بالعمل على تجربة تعليمية غير مقيدة ولا مراقبة.

نشأ ديڤي في مجتمع زراعي في ولاية تينيسي وحقق حلمه في أن يصبح في النهاية باحثًا في علم الفلك بفضل مساعدة معلمة مادة الكيمياء والفيزياء مارلين موريسون حين كان طالبًا في الثالث المتوسط. حينئذ قالت المعلمة لوالدته أن لدى ابنها إمكانيات ونصحتها بتسجيل ابنها في مواد علمية استعدادًا للمرحلة الجامعية.

يقول ديڤي: "أردت أن أنقل هذا النوع من التوجيه والإرشاد إلى آخرين وآمل أن يكون هناك الكثير من هؤلاء ممن تتوفر فيهم هذه الرغبة". "لو لاحظت عليهم هذه الإمكانيات، سأعمل جاهدًا على توفير ما يحتاجونه وسأفعل كل ما بوسعي لمساعدتهم".

أراد ديڤي أيضًا الاستزادة من المعلومات التي يوفرها مسبار (تلسكوب) Neowise التابع لـ (ناسا) (تلسكوب الأشعة تحت الحمراء قديم وأحيل إلى التقاعد واستخدم قبلها لمسح الفضاء بحثًا عن كويكبات وغيرها من أجرام سماوية قريبة من الأرض لفترة تزيد على 10 سنوات. بالرغم من أن هذا التلسكوب كان مخصصًا لمراقبة الكويكبات، فقد اكتشف أيضًا الحرارة المتغيرة للأجرام الكونية الأخرى البعيدة التي تومض (تسطع) بشكل مكثف أو يخفت سطوعها حين يحدث لها كسوف. يطلق علماء الفلك على هذه الأجرام المتباينة السطوع (4) ظواهر يصعب رصدها كـ (أشباه النجوم) (الكوازارات) (5)، والمستعرات (6)، والنجوم الثنائية (7) التي تسبب كسوفًا لبعضها بعض. لكن البيانات على هذه الأجرام المتباينة السطوع لم توظف بعد. إذا تمكن فريق مسبار Neowise من تحديد تلك الأجرام وإتاحتها للمجتمع الفلكي، فقد توفر القائمة الناتجة عن هذا العمل أفكارًا ثاقبة لكيف يتغير سطوع الإجرام الكونية عبر الزمن.

يقول ديڤي: "في تلك الفترة، كنا نقترب من نحو 200 مليار صف في جدول كل اكتشاف لأجرام سماوية على مدار أكثر من عقد من الزمن". "لذا كانت فكرتي في ذلك الصيف هي أخذ مساحة بسيطة من الفضاء لمعرفة ما إذا بإمكاننا أن نكتشف بعض النجوم المتباينة السطوع. ثم نسلط الضوء عليها ونعرضها على المجتمع الفلكي، قائلين لهم: "إليكم بعض الأجرام الجديدة التي اكتشفناها بطريقة يدوية أثناء بحثنا في البيانات؛ فقط تخيلوا الاحتمالات الممكنة لاكتشاف أجرام أخرى في مجموعة البيانات المتحصلة من هذا المسبار".

لم يكن لدى باز نية في غربلة البيانات يدويًّا للبحث عن أجرام سماوية جديدة. لقد أعدته مواد الدراسة في المدرسة لتقديم وجهة نظر جديدة ليكون بمستوى هذا التحدي والذي يتطلب جهودًا ذهنية. لقد اهتم بالذكاء الاصطناعي وذلك بأخذ مواد اختيارية في تطوير برامج كومبيوترية وفي علوم الكمبيوتر النظرية والرياضيات المتقدمة.

وكان لدى باز معرفة بالرياضيات المتقدمة التي يحتاجها للاستمتاع بالعمل على البرمجة: كان يدرس بالفعل رياضيات المستوى الجامعي المتقدم في أكاديمية الرياضيات التابعة لمدرسة باسادينا الموحدة، حيث أنهى مادة التفاضل والتكامل (8)AP calculus BC في الثاني المتوسط.

لذلك بدأ باز في تطوير تقنية تعلم الآلة (9) لتحليل مجموعة البيانات واكتشاف أجرام سماوية محتملة. في تلك الأسابيع الستة، بدأ في صياغة نموذج ذكاء اصطناعي واعد. أثناء عمله، تردد على ديڤي لتعلم علم الفلك والفيزياء الفلكية ذات العلاقة.

قام ديڤي أيضًا بتعريف باز على أربعة من علماء الفلك في كالتك، الذين شاركوه بخبراتهم في تقنيات التعلم الآلي المستخدمة في علم الفلك وفي دراسة الأجرام الفلكية التي تتباين في السطوع على مقاييس زمانية مختلفة الطول. تعلم باز وديڤي أن الإيقاع الزمني المعين لمسبار Neowise يعني أنه لن يتمكن بشكل ممنهج من اكتشاف وتصنيف العديد من الأجرام الفلكية التي تظهر سريعًا لمرة واحدة أو تتغير سطوعًا بشكل تدريجي على مدى فترة زمانية طويلة.

ومع نهاية البرنامج الصيفي عام 2023، كان لا يزال هناك الكثير مما يتوجب العمل عليه. وفي عام 2024، تعاون باز وديڤي مرة أخرى، وهذه المرة، أصبح مرشدًا لطلاب مدارس ثانوية آخرين.

قام باز مؤخرًا بتحسين دقة نموذج الذكاء الاصطناعي لمعالجة جميع البيانات الأولية التي رصدها مسبار Neowise وقام بتحليل النتائج. وتلقى تدريبًا على اكتشاف الاختلافات الدقيقة في قياسات الأشعة تحت الحمراء التي قام بها التلسكوب، حيث استطاعت الخوارزميات تصنيف 1.5 مليون من الأجرام السماوية الجديدة المحتملة من البيانات التي رصدها التليسكوب. في عام 2025، خطط باز وديڤي لنشر القائمة الكاملة للأجرام الفلكية التي تباين سطوعها بشكل كبير في بيانات مسبار Neowise.

يقول باز: "يمكن استخدام النموذج الذي قمت بتطبيقه لدراسات نطاقات زمنية أخرى في علم الفلك، وربما أي شيء آخر يأتي بصيغ زمانية". "قد تكون هناك تطبيقات لهذه التقنية في تحليل بيانات (سوق الأوراق المالية)، حيث تأتي المعلومات في سلسلة زمانية ويمكن أن تكون العناصر الدورية (زمانيًّا) أمرًا بالغ الأهمية. وبالإمكان أيضًا تطبيق التقنية على دراسة تأثير العوامل الجوية، مثل التلوث والضباب، في الأشياء، حيث تلعب اختلافات فصول السنة ودورات النهار والليل أدوارًا معتبرة".

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

1- https://www.astro.caltech.edu/outreach/stargazing-lecture-series

2- http://https://www.caltech.edu/about/news/outreach-program-engages-public-high-school-students-in-the-discovery-of-exoplanets

3- https://www.ipac.caltech.edu

4- http://https://ar.wikipedia.org/wiki/نجم_متغير

5- http://https://ar.wikipedia.org/wiki/نجم_زائف

6- https://ar.wikipedia.org/wiki/مستعر_أعظم

7- https://ar.wikipedia.org/wiki/نجم_ثنائي

8- https://apstudents-collegeboard-org.translate.goog/courses/ap-calculus-ab?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=ar&_x_tr_hl=ar&_x_tr_pto=rq

9- https://aws.amazon.com/ar/what-is/machine-learning/

المصدر الرئيس

https://www.caltech.edu/about/news/exploring-space-with-ai