บาคาร่าการเรียนรู้ของเครื่องและสัญญาณแรงโน้มถ่วงสามารถตรวจจับแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว

บาคาร่าการเรียนรู้ของเครื่องและสัญญาณแรงโน้มถ่วงสามารถตรวจจับแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว

แผ่นดินไหวขนาดมหึมาไม่เพียงแต่เคลื่อนพื้นดิน แต่ยังปรับบาคาร่าความเร็วแสงตามสนามโน้มถ่วงของโลกด้วย ตอนนี้ นักวิจัยได้ฝึกคอมพิวเตอร์ให้ระบุสัญญาณความโน้มถ่วงเล็กๆ เหล่านี้ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสัญญาณดังกล่าวสามารถนำมาใช้เพื่อระบุตำแหน่งและขนาดของแผ่นดินไหวในทันทีได้อย่างไร

เป็นขั้นตอนแรกในการสร้างระบบเตือนภัยล่วงหน้าสำหรับแผ่นดินไหวที่มีพลังมากที่สุดในโลก นักวิทยาศาสตร์รายงานวันที่ 11 พฤษภาคมในNature

Andrea Licciardi นักธรณีฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Université Côte d’Azur ในเมืองนีซ ประเทศฝรั่งเศส กล่าวว่า ระบบดังกล่าวสามารถช่วยแก้ปัญหาที่ยุ่งยากซับซ้อนในคลื่นไหวสะเทือนได้ โดยจะระบุขนาดที่แท้จริงของแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ทันทีหลังจากที่มันเกิดขึ้นได้อย่างไร หากไม่มีความสามารถดังกล่าว การออกคำเตือนอันตรายอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพนั้นยากกว่ามากซึ่งสามารถช่วยชีวิตผู้คนได้

เมื่อแผ่นดินไหวขนาดใหญ่แตกออก การสั่นและการสั่นของคลื่นจะส่งคลื่นไหวสะเทือนผ่านพื้นดินซึ่งปรากฏเป็นคลื่นขนาดใหญ่บนเครื่องวัดคลื่นไหวสะเทือน แต่วิธีการตรวจจับโดยใช้คลื่นไหวสะเทือนในปัจจุบันมักมีปัญหาในการแยกแยะระหว่าง แผ่นดินไหวขนาด 7.5 และขนาด 9 ที่เกิดแผ่นดินไหวในไม่กี่วินาทีหลังจากเหตุการณ์ดังกล่าว

นั่นเป็นเพราะการประมาณค่าเริ่มต้นของขนาดจะขึ้นอยู่กับความสูงของคลื่นไหวสะเทือนที่เรียกว่าคลื่น P ซึ่งเป็นคลื่นแรกที่มาถึงสถานีตรวจสอบ แต่สำหรับแรงสั่นสะเทือนที่แรงที่สุด แอมพลิจูดของคลื่น P เริ่มต้นเหล่านั้นจะมีค่าสูงสุด ทำให้การสั่นที่มีขนาดต่างกันยากต่อการแยกแยะ

แต่คลื่นไหวสะเทือนไม่ใช่สัญญาณแรกสุดของแผ่นดินไหว 

มวลทั้งหมดที่เคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ในแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ยังเปลี่ยนความหนาแน่นของหินในสถานที่ต่างๆ การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นเหล่านี้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในสนามโน้มถ่วงของโลก ทำให้เกิดคลื่น “อีลาสโตกราวิตี” ที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นดินด้วยความเร็วแสง แม้จะเร็วกว่าคลื่นไหวสะเทือน

นักสำรวจแผ่นดินไหว Martin Vallée แห่ง Institut de Physique du Globe de Paris ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาครั้งใหม่นี้ เคยคิดว่าสัญญาณดังกล่าวเคยคิดว่าเล็กเกินกว่าจะตรวจจับได้ จากนั้นในปี 2560 Valléeและเพื่อนร่วมงานของเขาเป็นคนแรกที่รายงานว่าเห็นสัญญาณการยืดหยุ่นตัวเหล่านี้ในข้อมูลสถานีแผ่นดินไหว การค้นพบเหล่านี้พิสูจน์ว่า “คุณมีหน้าต่างอยู่ระหว่างการเกิดแผ่นดินไหวกับเวลาที่คุณได้รับคลื่น [แผ่นดินไหว]” Vallée กล่าว

แต่นักวิจัยยังคงไตร่ตรองถึงวิธีการเปลี่ยนสัญญาณความยืดหยุ่นเหล่านี้ให้เป็นระบบเตือนภัยล่วงหน้าที่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากแรงเคลื่อนตัวของแรงโน้มถ่วงมีขนาดเล็ก จึงแยกความแตกต่างจากเสียงพื้นหลังในข้อมูลแผ่นดินไหวได้ยาก เมื่อนักวิทยาศาสตร์มองย้อนกลับไป พวกเขาพบว่ามีแผ่นดินไหวขนาดมหึมาเพียง 6 ครั้งในช่วง 30 ปีที่ผ่านมาเท่านั้นที่สร้างสัญญาณการยืดหยุ่นตัวที่สามารถระบุได้ ซึ่งรวมถึงแผ่นดินไหวขนาด 9 ที่ โทโฮคุ -โอกิในปี 2554 ซึ่งก่อให้เกิดคลื่นสึนามิขนาดมหึมาที่ท่วมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สองแห่งในเมืองฟุกุชิมะ ประเทศญี่ปุ่น ( SN: 3/16/11 ). (ประมาณการเบื้องต้นตามคลื่น AP ของขนาดแผ่นดินไหวครั้งนั้นคือ 7.9)

นั่นคือสิ่งที่คอมพิวเตอร์สามารถเข้ามาได้ Licciardi กล่าว เขาและเพื่อนร่วมงานได้สร้าง PEGSNet ซึ่งเป็นเครือข่ายการเรียนรู้ของเครื่องที่ออกแบบมาเพื่อระบุ “สัญญาณ Prompt ElastoGravity” นักวิจัยได้ฝึกอบรมเครื่องจักรเกี่ยวกับข้อมูลแผ่นดินไหวจริงที่รวบรวมในญี่ปุ่นและสัญญาณแรงโน้มถ่วงจำลอง 500,000 รายการสำหรับแผ่นดินไหวในภูมิภาคเดียวกัน Licciardi กล่าวว่าข้อมูลแรงโน้มถ่วงสังเคราะห์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการฝึกอบรม เนื่องจากข้อมูลจริงมีน้อยมาก และโมเดลการเรียนรู้ของเครื่องต้องการอินพุตที่เพียงพอจึงจะสามารถค้นหารูปแบบในข้อมูลได้

เมื่อได้รับการฝึกอบรมแล้ว คอมพิวเตอร์จะได้รับการทดสอบ: ติดตามต้นกำเนิดและวิวัฒนาการของแผ่นดินไหวในโทโฮคุในปี 2011 ราวกับว่ามันกำลังเกิดขึ้นแบบเรียลไทม์ ผลที่ได้คือมีแนวโน้มที่ดี Licciardi กล่าว อัลกอริธึมสามารถระบุทั้งขนาดและตำแหน่งของแผ่นดินไหวได้อย่างแม่นยำเร็วกว่าวิธีอื่น 5-10 วินาที

การศึกษานี้เป็นการพิสูจน์แนวคิดและหวังว่าจะเป็นพื้นฐานสำหรับต้นแบบของระบบเตือนภัยล่วงหน้า Licciardi กล่าว “ตอนนี้เหมาะกับการทำงาน … ในญี่ปุ่น เราต้องการสร้างสิ่งที่สามารถทำงานได้ในพื้นที่อื่นๆ” ซึ่งขึ้นชื่อในเรื่องแผ่นดินไหวที่รุนแรง รวมทั้งในชิลีและอะแลสกา ในที่สุด ความหวังคือการสร้างระบบเดียวที่สามารถทำงานได้ทั่วโลกบาคาร่า