بمشاركة باحث مصري.. إنجاز علمي يخدم الملاحة العالمية

نجح فريق من العلماء في الصين بمشاركة باحث مصري شاب في ابتكار طريقة تعتمد على الذكاء الاصطناعي للتنبؤ باضطرابات الغلاف الجوي، مما سيكون له فوائد كبيرة لاستقرار أنظمة الملاحة العالمية وكذلك الاتصالات بالفضاء. الدراسة العملية على الطريقة الجديدة أجريت في معمل الاستشعار من بعد بكلية الجيوديسيا والجيوماتكس جامعة ووهان الصينية بمشاركة الباحث المصري محمد فريشح المنتمي في الأصل لجامعة بنها في القاهرة.

تم نشر نتائج الدراسة قبل ساعات في مجلة "معاملات في علوم الأرض والاستشعار من بعد" الأميركية، وهي أهم المجلات العلمية في ذلك المجال وتصدر عن منظمة (آي تربل إي IEEE) غير الربحية التي تعد أكبر منظمة مهنية تقنية في العالم تكرس جهودها لتطوير التكنولوجيا لصالح البشرية.

تفاصيل الدراسة

العالم المصري الشاب محمد فريشح، تحدث عن تفاصيل الدراسة وأهمية ما توصل إليه بالمشاركة مع الباحثين من الصين موضحا:

• إشارات الأقمار الاصطناعية المختلفة سواء الخاصة بالملاحة (GPS, GLONASS, Beidou, Galileo) والتي تستخدم في تحديد المواقع مثل السفن، السيارات، الطائرات.. الخ، بالإضافة إلى الأقمار الاصطناعية الخاصة بالاتصالات والبث التلفزيوني، تمر جميعها من خلال الغلاف الأيوني بالجو.

• التغيرات والاضطرابات في الغلاف الأيوني تؤثر على هذه الإشارات وتسبب انقطاعها، خاصة أن عام 2024 سيشهد ذروة النشاط الشمسي (الدورة الشمسية تحدث مرة كل 11 عاما، والعام الحالي يمثل ذروة النشاط الشمسي للدورة الشمسية رقم 25).

• لمزيد من التوضيح، نشر موقع صحيفة أمريكية أنه خلال هذا العام ستكون الشمس في ذروة نشاطها منذ عقدين من الزمن، واستدل بأن هذا العام قد يشبه الذروة الشمسية في عام 2003 والتي تسببت في حدوث ظاهرة الشفق القطبي في كاليفورنيا وتكساس وأستراليا.

• الأخطر فيما حدث وقت هذه الذروة الشمسية أنها عطلت أكثر من نصف جميع المركبات الفضائية التي تدور حول الأرض، وألحقت أضرارًا بأقمار اصطناعية لا يمكن إصلاحها، وخلقت مشكلات في الاتصالات لشركات الطيران ومجموعات البحث في القارة القطبية الجنوبية.

تهديد الاتصال التلفزيوني

فريشح، الباحث بكلية الجيوديسيا والجيوماتكس في جامعة ووهان بالصين، نوه إلى أنه وفق تأكيدات علماء الفضاء، فإن "هذا الوهج الشمسي لن يؤثر على البشر ولكنه يؤثر في كل شيء بالغلاف الجوي مثل الاتصالات وغيرها، وقد يؤدي إلى قطع الاتصال التلفزيوني والمرئي والأشياء التي تستخدم الحقل المغناطيسي". لأجهزة العلمية، وأن العلماء لا يستطيعون وقف هذا التأثير ولكنهم يستطيعون الحد منه بعد التعرف على ماهيته، كما أن بعض الأطباء يقولون إن البشر قد يتأثرون حراريا بهذا الوهج".

يشار إلى أنه جاء في تحذير لإدارة الأرصاد الجوية الصينية الصادر في 7 يناير/كانون الثاني 2024 أن الوهج الشمسي اندلع بشدة X5.0 في الساعة 05:55 يوم 1 يناير 2024 بتوقيت بكين، وهو واحد من الأقوى في هذه الدورة الشمسية (رقم 25). ونتيجة لذلك، انقطعت الاتصالات على الموجات القصيرة في معظم أنحاء المحيط الهادئ وفي شرق أوقيانوسيا لمدة ساعة تقريبًا.

ماذا جرى خلال الدراسة؟

أوضح فريشح أنه بالنظر لكل ما سبق شرحه فإن التنبؤ الدقيق وفي الوقت المناسب بتغيرات واضطرابات الغلاف الأيوني له أهمية كبيرة للتشغيل الموثوق والمستقر لأنظمة الاتصالات والملاحة العالمية عالية الدقة. وتابع أنه خلال الدراسة "قمنا بتنفيذ نموذج هجين (HEM) يجمع بين نماذج التعلم الآلي المتعددة للتنبؤ بحدوث وتحديد شدة الاضطرابات (التغيرات أو المخالفات) الأيونوسفيرية بدلاً من اعتبار التنبؤ بالمخالفات الأيونوسفيرية بمثابة تصنيفات".

واستطرد أنه في الوقت نفسه، "تم تدريب النموذج المقترح في الفترة 1 يناير/كانون الثاني 2022 إلى 15 أكتوبر/تشرين الأول 2022، باستخدام خرائط معدل محتوى الإلكترون الأيوني الكلى (ROTI) المشتقة من بيانات الأقمار الاصطناعية الخاصة بالملاحة GNSS من حوالي 147 جهاز استقبال في البرازيل".

حسب فريشح تم اختيار البرازيل لأنها تقع في منطقة دوائر عرض منخفضة (من 5 درجات شمالاً إلى 35 درجة جنوباً) وتصنف على أنها منطقة استوائية وينشط فيها الغلاف الأيوني ويتأثر بشدة بالوهج الشمسي، وتعد نموذجا مثاليا لاختبار الآلية الجديدة المقترحة في البحث".

وفي الوقت نفسه، تم الأخذ في الاعتبار مجموعة متنوعة من مؤشرات النشاط الشمسي والنشاط المغناطيسي للأرض كأحد المدخلات في التقنية الجديدة، بما في ذلك مكونات المجال المغناطيسي بين الكواكب (IMF)، والتردد الحرج لطبقة الغلاف الا+أيوني F2 (foF2)، وارتفاع الذروة لطبقة الغلاف الأيوني F2 (hmF2)، والتدفق الشمسي F10.7، وضغط التدفق الشمسي، ومؤشرات SYM-H.

أهمية النتائج

وفيما يتعلق بالأهمية النسبية لمؤشرات الإدخال المختلفة، قال محمد فريشح إن النتائج توصلت إلى "أن أداء النموذج المقترح HEM الذي تم تدريبه بالذكاء الاصطناعي يتفوق على أداء مؤشرات الإدخال الأخرى التي تم ذكرها سابقاً". ووفق فريشح فقد تم أيضا استخدام نماذج أخرى للتنبؤ بالمخالفات الأيونوسفيرية، مثل شبكة LSTM وخوارزمية XGRF، للتحقق من صحة وتحليل الأداء المتوقع للنموذج المقترح HEM، وكشفت النتائج أن أداء النموذج الهجين المقترح في الدراسة HEM يتفوق على الطرق الأخرى.

بالإضافة لذلك يمكن للتقنية المقترحة HEM التنبؤ باضطرابات الغلاف الأيوني الجوي بدقة لمدة 30 دقيقة وتوقع شدتها وتوزيعها، ومن المتوقع أن تؤدي تلك التقنية المبتكرة إلى تحسين دقة التنبؤ بالاضطرابات في الغلاف الأيوني قصيرة المدى عند دوائر العرض المنخفضة، مما يساهم في الحد من تأثير الوهج الشمسي على أنظمة الاتصالات والبث التلفزيوني والمرئي وأقمار الملاحة، بحسب تأكيد فريشح.