Űrtechnológia a mezőgazdaságtól a tengerek mélyéig

Az óceán mélyétől a kozmosz végtelenjéig az új technológiák segítenek a tudósoknak megérteni a világot. A Futuris különkiadásában a föld, a tenger és az űr modern felfedezőivel találkozunk.

A tengerfenék titkai

Egy kutatóhajó köt ki a spanyolországi Malagában. Nemzetközi legénysége egy hónapot töltött az Atlanti-óceánon, hogy annak törékeny élővilágát tanulmányozza.

- Az óceán sokféle módon változik: egyrészt savasodik, másrészt melegszik, ahogy a földgolyó maga is melegszik. De változnak az áramlatok is, és mi ezt a folyamatot szeretnénk jobban megérteni – magyarázta az expedíció célját J urray Roberts, a tengerbiológia professzora, az Atlas projekt koordinátora.

A tudósok szerint a változások mértéke és sebessége példa nélküli a Föld történetében. Egy európai kutatási projekt 25 expedíción keresztül próbálja befoltozni a hiányosságokat a tudásunkban.

Marine ecologist Covadonga Orejas Saco del Valle led the eu_atlas</a> MEDWAVE cruise that explored new Atlantic seafloor areas with this ROV <a href="https://t.co/ATPbHgaWwn">pic.twitter.com/ATPbHgaWwn</a></p>&mdash; Denis Loctier (loctier) 2016. október 26.

- Ez volt az első alkalom, hogy ilyen mélyre mentünk – mondta el nekünk Covadonga Orejas Saco del Valle, a Spanyol Oceonográfiai Intézet ökológusa. – Ez a távirányítású tengeralattjáró lehetővé tette, hogy olyan helyszíneket tárjunk fel, amelyeket ember még soha nem látott. Értékes új tudással gazdagodtunk az élő szervezetek eloszlásáról, az életközösségek összetételéről, így többet tudtunk meg az egész óceáni ökoszisztémáról.

A távirányítású robotok elképesztő nyomást képesek elviselni. A kutatócsoport két kilométer mélyre küldte le a sajátját, hogy egy felszín alatti hegyvonulatot tanulmányozzanak az Azori-szigetek közelében.

- Nem lehet megérteni a mélytengereket, ha nem tudunk eljutni a fenékre – indokolta a lépést J. Murray Roberts. – A robotok a kutatók szemei és kezei a tengerfenéken, jelentős területeket tudunk megfigyelni nagy felbontásban, és óvatosan mintákat is vehetünk az ottani élővilágból.

A biológiai sokszínűség szempontjából legfontosabb területek segítenek megérteni a genetikai összefüggéseket a Földközi-tengeri és az atlanti-óceáni élővilág között.

- Ezeknek az élőhelyeknek a megértése és a védelme alapvető fontosságú. A két populáció közötti kapcsolatok feltárása nélkülözhetetlen ahhoz, hogy európai szinten megfelelő tervet készíthessünk a víz alatti genetikai erőforrások menedzselésére – magyarázta az Euronewsnak Joana Bovida tengerbiológus.

Ez a tudás segít annak előrejelzésében, hogyan hat majd a klímaváltozás és a mélytengeri erőforrások most induló kitermelése az óceánokra.

Drónok a mezőgazdaságban

Az új technológiák segítségével hatékonyabbá és környezetbarátabbá tehetjük a mezőgazdaságot. Ukrajnában jártunk ahol egy európai kutatás zajlik a témában.

These Ukrainian researchers use autonomous drone to take aerial shots of agricultural lands, making a convenient map – coming up in #Futurispic.twitter.com/G1f6CElB12

— Denis Loctier (@loctier) 2016. október 13.

- Rendkívül részletes drón-képeket elemzünk, amelyek világosan mutatják, hol, milyen termény van – magyarázta az új rendszer működését Mykola Lavreniuk, gépi tanulás- és mesterséges intelligenciakutató. – A validációs adatok betáplálásával a modellünkbe egy klasszifikációs térkép készíthető.

A kutatók egy mobilalkalmazás és széles látószegű fényképezőgép-lencsék segítségével részletes statisztikai adatokat gyűjtenek az egyes haszonnövényekről.

- Ismerni szeretnénk az adott ültetvény állapotát. Hogyan emelkedik, hogyan nő, hogyan teljesít a termesztési időszak során – mindezt a lehető legjobb termés érdekében – mondta Bohdan Yailimov, a csapat műholdkép-elemzéssel foglalkozó tagja.

Az űrkutatási intézet csapata több mint 5000 táblát tanulmányozott Ukrajna-szerte. Az összes képet betöltik egy modellbe, amely a különböző adatokból elkészít egy egységes mezőgazdasági térképet.

- Mivel nagy mennyiségű képadat áll rendelkezésre, ezeket automatikusan kell feldolgoznunk – magyarázta Natalia Kusszul, A NASU-SSAU Űrkutatási Intézet igazgatóhelyettese. – Ehhez új fajta módszerere van szükség, olyan modellekre, amelyek az emberi agy adatfelismerési képességeit utánozzák. Ez a rendszer automatikusan felismeri és osztályozza a tipikus mezőgazdasági kultúrákat.

A rendszert már több országban is tesztelték. Meg lehet vele jósolni a világ mezőgazdasági termelését, ezzel globális szinten elkerülhetővé válnak a nagy kilengések a terményárakban.

- Többféle technikát tesztelünk – terménytérképezést, mezőgazdasági statisztikát, termés-monitorozást, de bizonyos mezőgazdasági változások környezetvédelmi hatásait is – ezeken a helyszíneken. Az eredmények alapján a robusztusabb technikákat globális léptékben is alkalmazzuk – mondta el az Euronewsnak a projekt koordinátora, Sven Gilliams.

A világ legnagyobb rádiótávcsöve

A rádióteleszkópok az univerzum egyre távolabbi pontjait mutatják meg nekünk. Minél nagyobb egy ilyen teleszkóp, annál érzékenyebb. Cambridge-ben egy kontinenseket átívelő léptékű teleszkópot terveznek, az antennák prototípusait itt állították fel. A végső változatot Ausztráliában és Dél-Afrikában építik majd meg. Az SKA helyhez egymástól óriási távolságra elhelyezkedő, helyhez kötött antennacsoportokból fog állni.

- Ezek a fémkarok, amelyektől az egész úgy néz ki mint egy karácsonyfa, fotonokat gyűjtenek be az égből, és átalakítják azokat elektromos árammá – magyarázta az antenna működését Eloy de Lera Acedo rádiócsillagász. – Az áram hajtja meg a felső részben található elektronikát. Ebben a kis fehér dobozban van az elektronika, amely begyűjti az antennából érkező áramot és felerősíti, hogy a szuperszámítógépek segítségével tanulmányozhassuk.

A kisebb antennák megfelelő mintázatban elhelyezve hasonló eredményt hoznak, mint egy óriási tányérantenna – a költségek töredékéért. Az SKA neve (Square Kilometre Array) arra utal, hogy az antennák sokaságának teljesítménye felér egy képzeletbeli óriásantennáéval, amelynek a felülete egy négyzetkilométer lenne.

- Az SKA a rádiócsillagászat fejlődésének következő fázisát jelenti – magyarázta az Euronewsnak Jeff Wagg, az SKA-projekt egyik vezető tudósa. – Az a terv, hogy két teleszkópot építünk, az egyik lesz az alacsony frekvenciájú komponens, olyan kétpólusú antennákból, amelyeket itt lát, csak éppen százharmincezer lesz belőlük. És lesz a közép és magas frekvenciájú antennarendszer, amely 200 antennából áll majd Dél-Afrikában.

A gép, ami akkora adatforgalmat bonyolít, mint a teljes internet

Az SKA 2020-ra lesz működőképes, és a várakozások szerint rengeteg új adatot szolgáltat majd az univerzum alapvető atomi összetevőiről – egészen a kezdetekig visszamenőleg.

- Képzelje el, hogy mondjuk készíthetünk egy háromdimenziós filmet a gázok fejlődéséről, hogy hogyan fejlődnek a struktúrák a világegyetemben, egészen a nagyjából egymilliárd évvel ezelőtti ősrobbanástól kezdve a mai állapotig, egészen a Tejúthoz hasonló galaxisok létrejöttéig – folytatta magyarázatát Jeff Wagg.

Met SKA_telescope</a> scientists at this fascinating prototype of world’s largest radio telescope – soon <a href="https://twitter.com/hashtag/in?src=hash">#in</a> <a href="https://twitter.com/hashtag/Futuris?src=hash">#Futuris</a>! <a href="https://t.co/aaAxBjudlH">pic.twitter.com/aaAxBjudlH</a></p>&mdash; Denis Loctier (loctier) 2016. október 20.

A világ legnagyobb teleszkópjának megépítése óriási kihívást jelent, ide értve a logisztikát. Az ausztráliai teleszkóp antennáit úgy tervezték, hogy olcsók, könnyen összeszerelhetők és rendkívül strapabíróak legyenek.

- Az antennában található valamennyi elektronikát védeni kell a homoktól, amely behatolhat a szerkezet belsejébe. A struktúra kellően masszív ahhoz, hogy akár 160 kilométer per órás szeleket is kibírjon, nem beszélve a sivatagi időjárás egyéb viszontagságairól – mondta az Euronewsnak Eloy de lera Acedo.

Az SKA ausztrál és dél-afrikai berendezései egyetlen kontinenseken átívelő teleszkópként fognak működni. A rengeteg antenna adatainak valós idejű feldolgozásához elképesztő számítási teljesítményre lesz szükség.

- Ez gyakorlatilag két óriási szuperszámítógép lesz, mindkettő akkora, mint a mai világ legerősebb szuperszámítógépe, sőt tulajdonképpen nagyobb – magyarázta Rosie bolton, a projekt tudományos adatfeldolgozásért felelős szakembere. – Az SKA tudományos adatfeldolgozó egységébe több adat fog befutni, mint a világ teljes internetforgalma, ezzel tudom érzékeltetni, mekkora rendszerről van szó.

Olcsó optikai kábelekkel a nagyfelbontású égboltért

Egy Hollandiában található tudományos műszer talán segít megérteni, hogyan működik majd az SKA. A LOFAR – ami az alacsony frekvenciás antenna-rendszer rövidítése – jelenleg a legnagyobb ilyen berendezés a világon.

- A LOFAR központi részében 25 állomás van, de továbbiak találhatók szétszórva Hollandiában, illetve szerte Európában – mondta Michiel van Haarlem.

A LOFAR központi számítóegységét és az antennákat optikai kábelek kötik össze, a beérkező adatokból készítik el az égbolt nagy felbontású térképeit.

- Az egyes antennák közötti nagy távolság, a nemzetközi hálózat adja azt az élességet, amivel apró részleteket is látunk az égen – folytatta Michiel Haarlem. – Ez nem lehetséges, ha a antennák egymáshoz közel vannak a Földön.

Ahhoz, hogy egy adott pontra fókuszálhassanak az égbolton, a tudósok olyan számítóegységeket fejlesztettek ki, amelyek a különböző antennák jeleit kombinálják, így összehangolva az egy adott irányból érkező rádióhullámokat. Az SKA optikai kábeleket használ. Egyetlen ilyen 1000 euróba kerül a kereskedelmi forgalomban. A tudósok kifejlesztettek egy olcsóbb megoldást, amely beilleszthető a szabványos USB- csatlakozóba.

- Nagyjából huszonöt euróra sikerült levinni a költséget kapcsolódási pontonként, ami jelentős megtakarítás – büszkélkedett Peter Maat, a projekt rendszerfejlesztője. – A végeredmény egy kis bedugható modul, amely pont azt csinálja, amit várunk tőle.

Pár éven belül a világ legnagyobb, 3000 kilométeren terpeszkedő teleszkópja fogja figyelni az eget. Tízezerszer gyorsabb lesz a jelenlegi megoldásoknál, elképesztő részletességű képekkel látja majd el a világ csillagászait, akik így még közelebb kerülnek az univerzum titkainak megfejtéséhez.