בקיץ האחרון פסק בית משפט בצרפת לטובת דיילת שחלתה בסרטן, לאחר שהמחלה נקשרה לחשיפה לקרינה במהלך שנות עבודתה באוויר. לא קרינה ממכשיר שיקוף בשדה התעופה, ולא מהטלפון שבכיס. המקור היה רחוק הרבה יותר - בחלל.
את הסיפור הזה בחרה אריאנה ריגו, מהמשרד למזג אוויר בחלל (Space Weather Office) של סוכנות החלל האירופית (ESA), לשלוף כבר בדקות הראשונות של הרצאתה ביום עיון של הסוכנות שעסק במחשוב עתיר ביצועים (HPC) בשיתוף HPE. המטרה שלה הייתה להבהיר נקודה אחת פשוטה: מזג אוויר בחלל אינו בעיה של אסטרונאוטים ושל מהנדסי לוויינים בלבד. הוא נוגע גם באנשים רגילים לגמרי - כאלה שעולים למטוס כל בוקר כדי ללכת לעבודה. "המקרה הזה בא להדגיש שאנחנו עובדים למען ההגנה על כל האזרחים שלנו, ועל כל הטכנולוגיות שהם נשענים עליהן", אמרה.
כשהשמש משחררת אנרגיה
אז מה זה בעצם מזג אוויר בחלל? בגדול, השמש אוגרת אנרגיה, ומדי פעם משחררת אותה בבת אחת - בהתלקחויות סולאריות (Solar Flares) או בענני פלזמה עצומים שנפלטים ממנה לחלל. חלק מאותם ענקים מכוונים היישר אל כדור הארץ. התחום שנקרא "מזג אוויר בחלל" חוקר מה קורה לסביבה שסביבנו, ולמערכות שבנינו בתוכה, כשהאנרגיה הזו מגיעה.
הרשימה של מי שעלול להיפגע ארוכה במיוחד. ריגו מנתה אותה כמעט בנשימה אחת: מפעילי חלליות ולוויינים, תעשיות כרייה והפקת משאבים, מערכות מיקום וניווט, רשתות חשמל, תעבורה אווירית ותקשורת. ואלה רק הסקטורים הבולטים. הקרינה פוגעת באסטרונאוטים, כמובן, אבל גם בצוותי אוויר שמבלים אלפי שעות בגובה רב, והסיפור מצרפת הוא תזכורת לכך שזו לא שאלה תיאורטית.
לראות זה לא לחזות
כדי להתמודד עם האיום, המשרד למזג אוויר בחלל של ESA מפתח רשת של חיישנים, חלקם בחלל וחלקם על הקרקע, שאמורה לנטר את כל השרשרת שבין השמש לכדור הארץ. אבל ריגו ממהרת להוסיף הסתייגות חשובה: תצפיות מספרות לנו מה קורה עכשיו. כדי לדעת מה יקרה בעוד כמה שעות או ימים, צריך מודלים ממוחשבים.
ואכן, יש מודלים כמעט לכל דבר: לקרינה, לפלזמה, לאנרגיה של חלקיקים. כל אחת מהתופעות האלה נעה בקצב משלה ומגיעה לכדור הארץ, או לכוכבי לכת אחרים, בלוחות זמנים שונים לגמרי. מעל המודלים יושבת שכבה אנושית: רשת של מומחים שמקבלת את התוצאות ומתרגמת אותן לשפה שמשתמשי הקצה מבינים - עלונים, בוליטינים והתרעות - בדיוק כמו סוכנות חיזוי מזג אוויר רגילה.
במילים אחרות, מדובר דה פקטו בשירות מטאורולוגי לכל דבר. רק שהחזית, במקרה הזה, מגיעה ישירות מהשמש.
שרשרת המזון של השמש
הדרך הפשוטה ביותר לחבר את כל הפאזל הזה, מסבירה ריגו, היא צימוד סדרתי: לפחות מודל נומרי מתקדם אחד לכל תחום במערכת שמש-ארץ, ומעליהם "מנצח" (Orchestrator) - רכיב שמנהל את כל המודלים ורותם אותם לעבודה משותפת. הפלט של מודל אחד הופך לקלט של המודל הבא, והמידע זורם במורד השרשרת: מהשמש, דרך רוח השמש, ועד לסביבה הקרובה של כדור הארץ.
זה בדיוק מה שעושה אחד הפרויקטים שהמשרד מלווה: פעילות שהנציבות האירופית הטילה על ESA, ושמפותחת על ידי קונסורציום שמובילים הגרמנים. מדובר למעשה בספרייה של מודלים נומריים מתקדמים, שכל אחד מהם מכסה חלק אחר במערכת: סימולציות של רוח השמש, מדדים שונים של הפעילות ועוד. ובסוף השרשרת, היכן שהפיזיקה פוגשת את הכסף, יושב מודל שמחשב את ההשפעה על הלוויינים עצמם - טעינה חשמלית של פני השטח שלהם, וטעינה של הרכיבים הפנימיים.
ריגו הציגה דוגמה מוחשית: מודל של חגורות הקרינה שמקיפות את כדור הארץ. בצד אחד של השקופית - הסימולציה עצמה. בצד השני - אותו מודל, כשהוא ניזון מנתונים שמגיעים מחלליות כמעט בזמן אמת, ומפיק מהם גם תמונת מזג אוויר עדכנית (Nowcast) וגם תחזית קדימה.
את המבנה כולו היא מכנה "שרשרת המזון": מהשמש ועד כדור הארץ, חוליה אחר חוליה. והשרשרת הזו כבר לא נמצאת על הנייר: היא רצה ונבדקת כרגע על מחשב-העל של הסוכנות, ESA Space HPC. השלב הבא הוא קמפיין ניסויים מלא לקראת הפעלה מבצעית. המסקנה של ריגו: הפרויקט הוכיח שאפשר לבנות מודל אחד רציף, שמתחיל בשמש ומסתיים בהשפעה על כדור הארץ.
מודלים בלי לחשוף את הקוד
אבל המציאות, כמובן, מסובכת יותר. בכל תחום אין מודל אחד - יש כמה, ולכל אחד מהם יש בעלים אחרים. וכאן נכנס לתמונה הפרויקט השני שהציגה ריגו: מרכז המידול הווירטואלי למזג אוויר בחלל (Virtual Space Weather Modelling Centre, או בקיצור VSWMC).
VSWMC היא תשתית תוכנה משותפת שמאפשרת לשלב, בקלות יחסית, מערכות ומודלים שונים של מזג אוויר בחלל. הרעיון המרכזי מאחוריה הוא שהמודלים יכולים לרוץ על שרתים שונים, להיות מפותחים בידי גופים שונים, ועדיין לעבוד יחד, בלי שאף אחד יצטרך לחשוף את קוד המקור שלו.
קל להבין למה זה קריטי. קוד של מודל פיזיקלי מתקדם הוא נכס: שנים של מחקר, תקציבים, מוניטין ופרסומים אקדמיים. מוסד שמתבקש למסור אותו לגוף אחר עלול לסרב, או לפחות לגרור רגליים. VSWMC עוקפת את הבעיה הזו מהיסוד. כל מוסד שומר את הקוד שלו אצלו, בבית, ורק הנתונים עוברים. "המודלים לא צריכים להתארח באותה תשתית", הדגישה ריגו. התוצאה: מודלים ממוסדות שונים מתחברים ורצים יחד ברחבי אירופה כולה.
מבחינת המשתמש, החוויה פשוטה להפליא. דרך ממשק ויזואלי אפשר לבחור אם להריץ מודול בודד או את השרשרת כולה, לסמן כמה אפשרויות בסיסיות, להזין קלט וללחוץ על "הפעל". את ההתקדמות אפשר לעקוב דרך הלוגים, ואת התוצאות רואים ישירות בממשק. מאחורי הקלעים פועל ערוץ תקשורת משותף (Communication Bus) שמעביר את הנתונים בין המודלים בצורה מאובטחת. גם VSWMC, אגב, רצה על מחשב-העל של הסוכנות.
למה צריך מחשב על?
השקופית האחרונה בהרצאה של ריגו נראתה, כדבריה, "אולי מסובכת". אבל היא מתארת את היעד: מודל מבצעי מלא של מערכת שמש-ארץ כולה ושל ההשפעות שלה עלינו. ולדבריה, מי שמאפשר את הקפיצה הזו לבשלות מבצעית הוא ה-HPC שבנתה עבור סוכנות החלל חברת HPE, שהתפצלה מהחברה שפעם כולנו הכרנו כהיולט פאקרד.
מחשב-העל עוזר לצוות בשלושה מישורים. ראשית, הוא מאפשר להטמיע מודלים חדשים מהר יותר. שנית, הוא מריץ תהליכי עבודה מורכבים מקצה לקצה: מהשמש ועד הלוויין. ושלישית, ואולי החשוב מכולם, הוא מאפשר לבדוק סימולציות אנסמבל (Ensemble).
מי שמכיר את עולם חיזוי מזג האוויר הרגיל יזהה את השיטה: במקום להריץ תחזית אחת, מריצים הרבה גרסאות שלה במקביל, עם הבדלים קטנים ביניהן, ובוחנים עד כמה התוצאות מתכנסות. כך אפשר לא רק לחזות, אלא גם לדעת עד כמה התחזית אמינה. ריגו הדגישה שזה בדיוק מה שמקטין את אי הוודאות - תנאי הכרחי לכל מודל חיזוי מבצעי. וכמובן, להריץ את כל שרשרת המזון שוב ושוב, עשרות פעמים, זו משימה שרק מחשב-על יכול לעמוד בה.
2028: שנת המבחן
ומה הלאה? ריגו סימנה את 2028 כשנת מפתח. באותה שנה תתכנס מועצת המנהלים של ESA, ובמקביל ייפתח סבב מימון חדש של הנציבות האירופית. לדבריה, התמיכה בשימוש ב-HPC והשימוש בו בפועל רק ילכו ויגדלו - הן במשרד למזג אוויר בחלל והן בפרויקטים שהוא מוביל.
השמש, כידוע, לא מתייעצת עם אף אחד לפני שהיא מתפרצת. אבל אם התוכנית של ESA תצליח, בפעם הבאה שענן פלזמה ישוגר לכיוון כדור הארץ, לפחות מישהו באירופה יידע על כך מראש, ויספיק להזהיר את מפעילי הלוויינים, את רשתות החשמל, ואולי גם את הדיילת הבאה.
גילוי נאות: הכותב היה אורח חברת HPE