IBM und die NASA haben mit „Surya“ ein auf Hugging Face veröffentlichtes Open-Source-KI-Modell vorgestellt, das erstmals hochauflösende Sonnenbeobachtungsdaten nutzt, um Solarwetterereignisse präziser vorherzusagen. Ziel ist es, kritische Technologien auf der Erde und im Weltraum besser vor den Folgen von Sonneneruptionen und Strahlungsausbrüchen zu schützen.

Foto: IBM Juan Bernabé-Moreno, Director of IBM Research Europe, UK and Ireland Foto: NASA Kevin Murphy, Chief Science Data Officer am NASA-Hauptsitz in Washington Die Sonne beeinflusst das moderne Leben stärker, als es ihre 150 Millionen Kilometer Entfernung vermuten lassen. Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe können Satelliten lahmlegen, Flugrouten beeinträchtigen, Stromnetze destabilisieren und eine ernste Gefahr für Astronauten darstellen. Angesichts zunehmender Abhängigkeit von weltraumgestützten Technologien gewinnt die genaue Vorhersage solcher Ereignisse an strategischer Bedeutung. Mit „Surya“ legen IBM und NASA nun das erste auf hochauflösenden Sonnenbildern trainierte Open-Source-KI-Modell vor.

Ein Modell für die Heliophysik

Surya wurde nach dem Sanskrit-Wort für Sonne benannt und auf neun Jahren Daten des NASA-Satelliten Solar Dynamics Observatory trainiert. Die zugrunde liegenden Aufnahmen sind rund zehnmal größer als typische KI-Trainingsdaten. Um die enorme Datenmenge zu bewältigen, entwickelten die Forschenden eine maßgeschneiderte Multi-Architektur-Lösung. Das Ergebnis ist ein Modell mit einer bisher unerreichten räumlichen Auflösung, das feine Strukturen auf der Sonnenoberfläche identifizieren und in einen größeren Kontext einordnen kann.

In Tests zeigte Surya eine um 16 Prozent höhere Genauigkeit bei der Klassifizierung von Sonneneruptionen im Vergleich zu bisherigen Ansätzen. Darüber hinaus kann das Modell erstmals visuelle Vorhersagen erstellen: Es generiert hochauflösende Bilder der Regionen, in denen eine Eruption bis zu zwei Stunden später wahrscheinlich auftreten wird.

Relevanz für Forschung und Technik

Die potenziellen Auswirkungen starker Sonnenstürme reichen von Schäden an Satelliten und Raumfahrzeugen über Beeinträchtigungen der Luftfahrt bis hin zu Risiken für die landwirtschaftliche GPS-Navigation. Ein von Lloyd’s berechnetes Szenario geht im Falle eines extremen Sonnensturms von möglichen globalen Verlusten in Höhe von 17 Milliarden US-Dollar aus; längerfristig könnte die Weltwirtschaft in fünf Jahren Schäden von bis zu 2,4 Billionen US-Dollar erleiden.

„Stellen Sie sich das wie eine Wettervorhersage für den Weltraum vor“, erklärt Juan Bernabe-Moreno, Director of IBM Research Europe, UK and Ireland. „Genauso wie wir uns auf gefährliche Wetterereignisse vorbereiten, müssen wir das auch für Sonnenstürme tun. Surya gibt uns beispiellose Möglichkeiten, zu antizipieren, was auf uns zukommt. Das ist nicht nur eine technologische Errungenschaft, sondern ein entscheidender Schritt zum Schutz unserer technologischen Zivilisation vor dem Stern, der uns erhält.“

Wissenschaftlicher Nutzen und offener Zugang

Neben dem Modell selbst haben die Forscher auch den bisher größten kuratierten Datensatz zur Heliophysik veröffentlicht. Er dient als Grundlage für weitere KI-gestützte Arbeiten im Bereich der Weltraumwetterforschung. Surya wurde so entworfen, dass Fachleute weltweit damit eigene Analysen und Anwendungen entwickeln können – vom Betrieb kritischer Infrastrukturen bis hin zu Grundlagenforschung.

Kevin Murphy, Chief Science Data Officer am NASA-Hauptsitz in Washington, betont: „Wir fördern die datengestützte Wissenschaft, indem wir das fundierte wissenschaftliche Fachwissen der NASA in modernste KI-Modelle einfließen lassen. Durch die Entwicklung eines Basismodells, das auf den heliophysikalischen Daten der NASA trainiert wurde, erleichtern wir die Analyse der Komplexität des Sonnenverhaltens mit beispielloser Geschwindigkeit und Präzision. Dieses Modell ermöglicht ein umfassenderes Verständnis darüber, wie sich die Sonnenaktivität auf kritische Systeme und Technologien auswirkt, auf die wir alle hier auf der Erde angewiesen sind.“

Teil einer größeren Initiative

Surya ist eingebettet in die Kooperation von IBM und NASA im Bereich KI-gestützter Grundlagenmodelle. Neben dem neuen Solarwettermodell umfasst die „Prithvi“-Familie bereits ein Geodatenmodell und ein Wettermodell. Letzteres wurde 2024 auf Hugging Face veröffentlicht und soll verbesserte Klima- und Wetterprognosen ermöglichen. Mit Surya wird nun ein weiterer Schritt unternommen, um offene KI-Tools für die wissenschaftliche Gemeinschaft und angewandte Forschung bereitzustellen.