Ein neuartiges KI-Tool, entwickelt durch eine gemeinsame Forschungskooperation zwischen dem Southwest Research Institute (SwRI) und dem National Science Foundation’s National Center for Atmospheric Research (NSF-NCAR), ermöglicht erstmals die Vorhersage von Sonnenaktivitätsregionen bis zu mehreren Wochen im Voraus. Das System, namens PINNBARDS (Physics-Informed Neural Network-Based AR Distribution Simulator), verbindet Beobachtungen der Sonnenoberfläche mit tiefen magnetischen Dynamiken im Inneren der Sonne – insbesondere im Tachoklinenbereich, einer dünnen Übergangszone zwischen dem ruhigen inneren Kern und der turbulenten äußeren Konvektionszone. Diese Region gilt als Quelle der Sonnenmagnetfelder, die letztlich zu Sonnenstürmen führen. Die Forscher nutzten Daten des Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) an Bord der Solar Dynamics Observatory (SDO) vom 14. Februar 2024, um Oberflächenmuster – sogenannte verdrillte toroidale Magnetbandstrukturen in Nord- und Südhalbkugel – zu analysieren. Mit PINNBARDS konnten sie diese Oberflächenmuster rückwärts rekonstruieren, um die versteckten magnetischen Zustände unter der Sonnenoberfläche abzuleiten. Die Ergebnisse zeigen, dass die berechneten magnetischen Vektoren (schwarze Pfeile), bulginge (rote) und vertiefte (blaue) Strukturen gut mit den beobachteten Muster übereinstimmen. Zusätzlich wurden Bewegungsfelder (Geschwindigkeitsfelder) ermittelt, die Hinweise auf die globalen Quellen von Sonnenaktivitätsregionen geben – jenen Bereichen, die zu extremen Ereignissen wie Sonnenflares und koronalen Massenauswürfen (CMEs) führen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Vorhersagemodellen, die erst Stunden vor einem Ausbruch signifikante Hinweise liefern, nutzt PINNBARDS physikalische Gesetze in Kombination mit künstlicher Intelligenz, um tiefere, langfristige Muster zu erkennen. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, die Entstehung großer, ausbruchsgefährdeter Aktivitätsregionen bis zu zwei bis drei Wochen im Voraus vorherzusagen. Diese erheblich längere Vorwarnzeit ist entscheidend für die Absicherung kritischer Infrastrukturen wie GPS-Systeme, Stromnetze und Satelliten, sowie für die Sicherheit von Astronauten im Weltraum. Dr. Subhamoy Chatterjee vom SwRI betont die Bedeutung des Forschungsergebnisses: „Die Vorhersage von Sonnenaktivitätsregionen ist ein zentrales Problem der Helio-Physik.“ Dr. Mausumi Dikpati, Leiterin der Forschungsgruppe am NSF-NCAR, ergänzt: „Die rekonstruierten Untergrundzustände können als Anfangsbedingungen für Vorhersimulierungen dienen – ein entscheidender Schritt hin zu einer neuen Generation präziser, physikbasiert-ki-gestützter Raumwettervorhersage.“ Die Forschung stellt einen Meilenstein in der Raumwetterforschung dar und könnte künftig die Grundlage für globale Warnsysteme bilden. Experten sehen in PINNBARDS ein bahnbrechendes Werkzeug, das die Fähigkeit zur Prognose von Sonnenstürmen revolutionieren könnte. SwRI und NCAR sind führende Institutionen in der Sonnen- und Raumforschung, deren Arbeit die Sicherheit der modernen Technologiegesellschaft direkt beeinflusst.