迈尔斯·哈特菲尔德，美国宇航局戈达德太空飞行中心 彩信在穿越磁层顶时寻找爆炸式的重新连接事件，磁层顶是地球磁场与流经太阳系的太阳风相遇的边界区域
信用:NASA戈达德/玛丽·帕特·赫里比克-基思；美国宇航局戈达德的概念图像实验室/乔希·马斯特斯/乔伊·吴 你的电子邮件中会弹出一个警告:最新的宇宙飞船观测已经准备好了
你现在有24小时来搜索84小时的数据，选择你能找到的最有希望的瞬间
你选择的数据点，取决于你如何排列它们，将从飞船上以尽可能高的分辨率下载；研究人员可能要花几个月的时间来分析它们
其他所有内容都将被覆盖，就像从未被收集过一样
这些是环圈科学家面临的风险，环圈科学家是磁层多尺度任务团队中最重要的角色之一
73名志愿者分担责任，一次工作一周，以确保最好的数据到达地面
它需要敏锐而细致的眼睛，这就是为什么它总是被留给一个经过精心训练的人——至少直到现在
今天发表的一篇论文描述了第一个人工智能算法，该算法为《科学家在回路》提供了一只(虚拟的)手
该论文的主要作者、新罕布什尔大学的空间物理学家马修·阿盖尔说:“彩信是美国宇航局第一个将机器学习应用到任务操作中的大型任务。”
该算法执行单一任务:探测宇宙飞船何时从地球磁场穿越到太阳磁场，反之亦然
但这只是许多特殊用途算法中的第一个，可以改变彩信科学的发展方式
打破地球的泡沫 一个无形的力场围绕着我们的星球，一个巨大的气泡膨胀到40，000多英里的太空中
这是我们的磁场，它以几种方式为我们服务
它把东西挡在外面，偏转有害的宇宙射线，否则这些射线会撞击地球表面，危及生命
但它也能保持东西，为在近地空间嗡嗡作响的粒子设定交通模式
微小而轻的电子围绕地球磁场线旋转；较重的离子在较慢、较宽的环中缓慢前行
但是地球的磁场和太阳的相比算不了什么
从太阳上吹走的粒子，被称为太阳风，携带着我们恒星的磁场，远远超过海王星的轨道
其中的粒子追踪出太阳的磁力线，沿途与地球的磁泡碰撞
碰撞点形成了一个不可见的边界，科学家称之为磁层顶
总的来说，磁层顶很坚固——但并不总是如此
当条件合适，磁场对齐时，太阳风可以刺破我们的磁泡
缺口的位置被称为电子扩散区，或EDR，找到它们是MMS任务的主要目标
在EDR内，太阳和地球的磁力线融合，互相抵消，然后消失
电子，被激发和释放，在一片混乱中来回穿梭
“就像有人踩加速器时，他们失去了车道线，”彩信高级项目科学家芭芭拉·贾尔斯说
这些粒子爆发引发连锁反应，引发北极光和南极光——它们甚至会危及宇航员和宇宙飞船
从太阳耀斑的中心到黑洞的边缘，edr在整个宇宙爆发
彩信在离家更近的地球磁场边缘搜索它们
但是当场抓住一个是非常困难的
电子数据记录毫无征兆地出现，延伸范围只有两英里(在140亿英里宽的搜索空间内)，持续时间只有十分之一秒
在连续五年的搜索中，彩信的搜索量刚刚超过50条
但是每次它穿过磁层顶，也就是我们的磁场与太阳磁场相遇的地方，它都有机会看到一个
动画展示了太空中的四艘彩信飞船
荣誉:美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室/沃尔特·费默/根纳·杜伯斯坦 寻找磁层顶交叉点 因此，“环圈科学家”筛选每个轨道的数据，寻找磁层顶交叉点
但是它们不一定在数据中突出——识别它们更像是在细雨变成雨的时候精确定位
单个轨道的数据可能包含少至两个或多达100个磁层顶交叉，中间夹杂着类似假警报的内容
为了找到它们，循环中的科学家只需输入时间
科罗拉多州玻尔得大气和空间物理实验室的空间物理学家里克·怀尔德说:“在早期，这基本上是一份全职工作。”
从那以后，怀尔德帮助优化了《循环中的科学家》的工作流程，并将新员工培养成经验丰富的专家
今天，一个有经验的科学家一周只需要几个小时
但是对于那些在繁忙的日程之外做志愿者的研究人员来说，这仍然是一个压力
“疲劳总是在我们的脑海里，”怀尔德说
他们一直计划让科学家在回路中的部分角色实现自动化，但找到一种与人类表现相匹配的算法是一项挑战
科学家可以看到数据中更大的趋势，这是大多数算法难以做到的
“科学家所做的一部分是观察数据的时间进程，”阿盖尔说
“例如，能够识别出你在磁气圈的某一点，并利用这一点来影响(你看到的)数据的演变
" 阿盖尔和他的合作者建立了一种算法，试图模拟人类如何读取数据
它采用神经网络的形式，一种受大脑启发的数据处理技术
与传统算法不同，神经网络通过反复试验来编程
阿盖尔展示了磁层顶交叉的网络例子，然后在新的案例中进行了测试
如果它回答错了——选择了一个非交叉路口，或者错过了一个真正的交叉路口——他就会发出一个错误信号，在下一次测试前触发一连串的调整
像回路中的人类科学家一样，该网络从经验中学会了识别磁层顶交叉
但是大多数神经网络在孤立的快照中处理数据，而科学家看到测量在时间上展开
该团队通过使用盖茨存储网络刚刚看到的数据以及接下来出现的数据，来接近科学家的能力
当网络决定是否考虑磁层顶穿越时，它可以访问周围的数据点来提供帮助
“该算法增加了过去和未来的输入数据，为当前的决策提供了背景，”阿盖尔说
这可能是众多算法中的第一个
该团队设想建造几个特殊用途的探测器，在一个层级中一起工作
(其他人发现，一群专家的表现优于一个万能的交易算法
)在最底层，“区域分类器”查看数据，找出宇宙飞船在太空中的位置
他们将他们的输出传递给特定区域的“事件分类器”，寻找研究者想要发现的现象
随着未来几年的成功，彩信可以自动检测远远超过磁层顶交叉
贾尔斯说:“我们可以接受请求，比如要求在数据中有特定的签名，并实时记录下来。”
“从这个意义上说，它变成了一个系统观察站——一个社区资源
" 那还很远
新算法目前大约70%的时间与人类的判断相匹配
(即使是科学家也不是100%同意对方的观点
)自2019年10月以来，每周的《循环中的科学家》都把它当成助手，反复检查他们的工作，找出任何错误
贾尔斯说:“但我确信，再过几年，凭借他正在开发的这些技术，他会让《科学家在回路》变得多余。”
“我们会知道那一天什么时候到来，因为他们只会走进去，检查一个盒子，然后继续前进
" 在一个值得信赖的算法助手的帮助下，科学家们可以专注于那些他们还不知道如何标记的数据波动
我们可能会看到一个未来，算法不再是合作者的工具，而是与科学家一起工作，一起从新数据中学习
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