DESAFÍO

Detección sísmica en todo el sistema solar

Las misiones de sismología planetaria tienen dificultades para cumplir con los requisitos de energía necesarios para enviar datos sísmicos continuos a la Tierra. ¡Pero solo una fracción de estos datos es científicamente útil! En ​​lugar de enviar todos los datos recopilados, ¿qué pasaría si pudiéramos programar un módulo de aterrizaje para distinguir las señales del ruido y enviar solo los datos que nos interesan? Tu desafío es escribir un programa informático para analizar datos reales de las misiones Apolo y el módulo de aterrizaje InSight de Marte para identificar terremotos dentro del ruido.

Contexto

La investigación en sismología planetaria se ve limitada fundamentalmente por la falta de datos debido a la dificultad de transferir señales sísmicas de alta resolución a la Tierra. La cantidad de energía necesaria para transmitir datos varía con la distancia, por lo que cuanto más lejos esté un cuerpo objetivo de la Tierra, más energía se requiere para transmitir la misma cantidad de datos. Los terremotos son, por lo general, eventos poco frecuentes, lo que significa que, aunque se registran y envían a la Tierra grandes cantidades de datos continuos, solo una pequeña fracción de estos datos contiene señales útiles. Esta limitación es especialmente importante ya que los sismólogos probablemente compartirán el módulo de aterrizaje con equipos científicos de otras disciplinas que tienen objetivos e instrumentos diferentes, algunos de los cuales pueden estar transfiriendo cantidades aún mayores de datos a la Tierra. En consecuencia, los datos se registran con una resolución menor o con menos instrumentos de los que podrían ser óptimos para lograr el resultado científico deseado. Una posible solución para este problema es ejecutar algoritmos en un módulo de aterrizaje para diferenciar los datos sísmicos del ruido, de modo que solo se puedan extraer las señales útiles y enviarlas a la Tierra. Esto es complicado de hacer en la práctica, ya que las señales sísmicas en otros planetas tienden a verse diferentes a las de la Tierra y la señal podría ser apenas observable en el ruido.

Objetivos

Tu desafío es escribir un programa de computadora para analizar datos reales de las misiones Apolo y la Exploración del Interior de Marte usando Investigaciones Sísmicas, Geodesia y Transporte de Calor (InSight) Lander para identificar eventos sísmicos. La sección de Recursos de ejemplo proporciona un paquete de datos con registros sísmicos continuos de estas misiones organizados en subconjuntos de entrenamiento y prueba, catálogos que muestran cuándo ocurren los registros sísmicos conocidos en los datos de entrenamiento y un Jupyter Notebook de Python con códigos útiles para ayudarte a comenzar. Tu equipo puede mirar estos registros para comprender las cualidades de los datos sísmicos planetarios y luego intentar encontrar todos los eventos sísmicos en el conjunto de datos de prueba. ¡Quizás encuentres algunos eventos adicionales que no están en los catálogos actuales! ¿Cómo podrías afrontar este desafío? ¿Construirás un algoritmo que evalúe los datos conocidos en un catálogo y luego lo aplicarás a los datos no catalogados? Los algoritmos de relación promedio a corto y largo plazo (STA/LTA) miden las diferencias de energía en segmentos cortos y largos de datos. Con algunas modificaciones, podrías aplicar algoritmos convencionales como STA/LTA a los datos. Sin embargo, no olvides estar atento a los datos faltantes y a los fallos, ¡ambos son comunes en los datos planetarios! Recientemente, las técnicas de aprendizaje automático han tenido éxito en la extracción de señales sísmicas de los datos planetarios. Para facilitar este tipo de métodos de aprendizaje automático, que normalmente requieren muchos datos de entrenamiento, el Python Jupyter Notebook contiene un ejemplo que muestra cómo descargar conjuntos de datos adicionales de la actividad sísmica de la Tierra. Y no olvides utilizar código de fuente abierta para tu proyecto, para que podamos ver cómo abordaste el desafío. ¿No eres experto en el desarrollo de algoritmos? ¡No hay problema! Puedes revisar los datos y seleccionar manualmente los momentos de los eventos sísmicos. Intenta ver con qué precisión puedes identificar el inicio de cada onda sísmica.

Sugerencias a tener en cuenta

Puedes (aunque no estás obligado a) considerar lo siguiente:

• La precisión de tu método es importante, al igual que la creatividad, así que ¡piensa fuera de la caja!
• Los datos sísmicos planetarios son confusos y tienen una baja relación señal-ruido. Es posible que tengas que realizar algún procesamiento de señales, como la instalación de filtros de paso alto, para que tu vida sea un poco más sencilla.
• Si tu equipo adopta el enfoque de desarrollo de algoritmos, analiza si diseñar diferentes algoritmos para cada conjunto de datos o un único algoritmo adaptable para todos los datos.
• Si tu equipo va a adoptar el enfoque manual, piensa en cómo podrías mostrar las ondas sísmicas de diferentes maneras. ¡Sé creativo!
• Estos movimientos sísmicos pueden ser incontrolables y generar muchos errores. Si tu equipo tiene dificultades, intenta cambiar la representación de los datos.