Бельгийско-голландская группа ученых создала первую в истории «карту сокровищ», которая показывает, где в Антарктиде можно найти метеориты. Метеориты — это куски камнеподобного материала, которые можно найти на поверхности Земли после падения из космоса.

В отличие от земных пород, метеориты были избавлены от выветривания и вулканизма на нашей планете и поэтому считаются бесценным архивом самых ранних этапов развития нашей Солнечной системы. В то время как горные породы ничего не могут рассказать нам о первых полумиллиардах лет из 4,55 миллиардов лет существования нашей планеты, большинство метеоритов из пояса астероидов позволяют нам вернуться на 4,6 миллиардов лет назад. Подавляющее большинство зарегистрированных в Антарктиде метеоритов происходят из пояса астероидов, около 1% — с Луны и Марса.

Метеориты регулярно падают на поверхность Земли: во Франции ежегодно выпадает около 50 метеоритов весом более 10 г. Однако их поиск напоминает поиск иголки в стоге сена, и ученые из кампаний по поиску метеоритов часто возвращаются с пустыми руками.

Напротив, на удаленном Южном полюсе отыскать метеориты на удивление легко. Это объясняется принципом, известным как механизм концентрации, когда специфические ледовые потоки и метеорологические условия приводят к тому, что метеориты скапливаются в довольно небольших областях, известных как зоны метеоритных нагромождений.

Когда метеориты падают на Антарктику, они, как правило, застревают в ледяном щите и дрейфуют в сторону океанов. Это побудило некоторых назвать лед «естественным конвейером» для метеоритов. Иногда на их пути встречаются горы, которые иногда скрыты под ледяным щитом, и перенаправляют их к поверхности ледяного щита.

Метеориты всегда находят на поверхности в тех местах, где ветер сдувает снег, оставляя обнаженный лед с голубым оттенком. Такие зоны известны как зоны голубого льда. Хотя метеориты всегда регистрируются в таких зонах, не все они содержат их.

После обнаружения богатой метеоритами зоны голубого льда обнаружить темно-окрашенные камни на фоне светлых оттенков льда довольно просто. Успех поисков метеоритов в Антарктиде не имеет аналогов: более 60% найденных на Земле метеоритов находятся в ледниковом щите Антарктиды. При этом потенциал остается практически неиспользованным: на сегодняшний день только часть всех участков голубого льда Антарктиды была проверена на наличие метеоритов, причем с разной степенью успеха.

Чтобы определить, где искать метеориты, необходимо понять, что отличает богатую метеоритами зону голубого льда от зоны без метеоритов. Для этого имеется много данных: местонахождение и год обнаружения метеоритов хранятся в специальной базе данных метеоритных бюллетеней. Ученые также могут получить доступ к полевым отчетам с подробным описанием некоторых удачных и неудачных метеоритных миссий, которые были проведены с момента открытия механизма концентрирования в 1969 году.

До сих пор решение о том, где искать, принималось небольшим числом экспертов. Это означает, что в миссии по поиску метеоритов вовлечен огромный человеческий фактор, и невозможно оценить потенциал каждого отдельного района на континенте, который примерно в 25 раз больше Франции. Чтобы помочь спланировать зачастую дорогостоящие и логистически сложные миссии, наша команда разработала карту, которая показывает потенциальные зоны падения метеоритов.

Чтобы составить «карту сокровищ» метеоритов, мы должны были перевести реальный мир в наблюдаемые цифры. Для этого мы нанесли сетку ячеек размером 450х450 метров на зоны голубого льда и их ближайшие окрестности.

В тех случаях, когда метеориты были найдены в пределах ячейки сетки, ячейка помечается как «положительная». Остальные ячейки сетки остаются немаркированными. Каждая ячейка содержит информацию, полученную из спутниковых и радарных наблюдений, включая температуру поверхности, скорость ледяного потока, типы поверхностного покрова или уклон. Такие данные позволяют нам предсказать, где мы можем найти метеориты.

Машинное обучение и статистические модели позволяют нам объединить эти различные наблюдения и учесть возможные неопределенности, связанные с данными. Работа алгоритма прогнозирования оптимизируется путем нескольких итераций. Каждый раз предсказания алгоритма проверяются на нескольких участках, о которых известно, есть метеориты или нет.

Работу алгоритма можно разделить на несколько этапов. Во-первых, алгоритм изучает, что представляет собой типичная позитивная или немаркированная ячейка сетки. Изучив данные, относящиеся к различным ячейкам сетки, алгоритм может рассчитать вероятность того, что немаркированная ячейка сетки содержит метеориты или нет.

Затем ячейки сетки, потенциально содержащие метеориты, группируются в зоны метеоритных навалов, площадь которых варьируется от нескольких до сотен квадратных километров. Наши исследования показали, что точность прогнозирования зон падения метеоритов составляет более 80%.

Анализ предсказанных зон подтверждает, что алгоритму машинного обучения удалось уловить взаимодействие между различными явлениями. Хотя возможности для поиска метеоритов имеются по всему континенту, некоторые районы вблизи существующих исследовательских станций остаются неисследованными, что делает визит на разведку очень привлекательным.

Эта «карта сокровищ» предвещает новую эру для поиска метеоритов в Антарктиде. Делясь своими исследованиями с коллегами по всему миру, мы подходим к сбору метеоритов как к совместной работе всего сообщества. В ответ ученые из таких разных стран, как Корея, Индия, Чили и США, проявили интерес к исследованию указанных районов.