Kunstig intelligens giver skarpere billeder af månekratere, der indeholder vandis

Månens polarområder er hjemsted for kratere og andre lavninger, der aldrig modtager sollys. I dag, en gruppe forskere ledet af Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) i Tyskland præsenterer de højeste opløsningsbilleder til dato, der dækker 17 sådanne kratere. Kratere af denne type kan indeholde frosset vand, gør dem til attraktive mål for fremtidige månemissioner, og forskerne fokuserede yderligere på relativt små og tilgængelige kratere omgivet af blide skråninger. Faktisk, tre af kraterne har vist sig at ligge inden for det netop annoncerede missionsområde for NASA's Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), som efter planen lander på månen i 2023. Det er svært at forestille sig det indre af permanent skyggede kratere, og indsatsen hidtil har været afhængig af lange eksponeringstider, hvilket resulterer i udtværing og lavere opløsning. Ved at drage fordel af reflekteret sollys fra nærliggende bakker og en ny billedbehandlingsmetode, forskerne har nu produceret billeder med 1-2 meter pr. pixel, som er på eller meget tæt på kameraernes bedste kapacitet.

Månen er en forkølelse, tør ørken. I modsætning til Jorden, det er ikke omgivet af en beskyttende atmosfære, og vand, som eksisterede under månens dannelse, er for længst fordampet under påvirkning af solstråling og undslippet ud i rummet. Alligevel, kratere og lavninger i polarområderne giver anledning til at håbe på begrænsede vandressourcer. Forskere fra MPS, University of Oxford og NASA Ames Research Center har nu set nærmere på nogle af disse regioner.

"Nær månens nord- og sydpoler, det indfaldende sollys trænger ind i kratere og lavninger i en meget lav vinkel og når aldrig nogle af deres gulve, "MPS-videnskabsmand Valentin Bickel, første forfatter til det nye papir i Naturkommunikation , forklarer. I denne "evige nat, " Temperaturerne nogle steder er så kolde, at frosset vand forventes at have holdt i millioner af år. Påvirkninger fra kometer eller asteroider kunne have leveret det, eller det kunne være blevet udgasset af vulkanudbrud, eller dannet af overfladens vekselvirkning med solvinden. Målinger af neutronflux og infrarød stråling opnået af rumsonder i de senere år indikerer tilstedeværelsen af ​​vand i disse regioner. Til sidst, NASAs Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) gav direkte bevis:for tolv år siden, sonden affyrede et projektil ind i det skyggefulde sydpolkrater Cabeus. Som senere analyse viste, støvskyen, der blev udsendt til rummet, indeholdt en betydelig mængde vand.

Imidlertid, regioner med permanent skygge er ikke kun af videnskabelig interesse. Hvis mennesker nogensinde skal bruge længere tid på månen, naturligt forekommende vand vil være en værdifuld ressource - og skyggefulde kratere og lavninger vil være en vigtig destination. NASAs ubemandede VIPER rover, for eksempel, vil udforske Sydpolsregionen i 2023 og gå ind i sådanne kratere. For at få et præcist billede af deres topografi og geologi på forhånd - til missionsplanlægningsformål, for eksempel - billeder fra rumsonder er uundværlige. NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) har leveret sådanne billeder siden 2009.

Imidlertid, at tage billeder i det dybe mørke af permanent skyggede områder er usædvanligt vanskeligt; trods alt, de eneste lyskilder er spredt lys, som den, der reflekterer fra Jorden og den omgivende topografi, og svagt stjernelys. "Fordi rumfartøjet er i bevægelse, LRO-billederne er fuldstændigt slørede ved lange eksponeringstider, " forklarer Ben Moseley fra University of Oxford, medforfatter til undersøgelsen. Ved korte eksponeringstider, den rumlige opløsning er meget bedre. Imidlertid, på grund af de små mængder lys, der er til rådighed, disse billeder er domineret af støj, gør det svært at skelne reelle geologiske træk.

For at løse dette problem, forskerne har udviklet en maskinlæringsalgoritme kaldet HORUS (Hyper-effective nOise Removal U-net Software), der "rydder op" i sådanne støjende billeder. Den bruger mere end 70, 000 LRO kalibreringsbilleder taget på den mørke side af månen samt information om kameratemperatur og rumfartøjets bane for at skelne, hvilke strukturer i billedet der er artefakter, og hvilke der er virkelige. Denne måde, forskerne kan opnå en opløsning på omkring 1-2 meter pr. pixel, hvilket er fem til ti gange højere end opløsningen af ​​alle tidligere tilgængelige billeder.

Ved at bruge denne metode, forskerne har nu revurderet billeder af 17 skyggede områder fra månens sydpolregion, som måler mellem 0,18 og 54 kvadratkilometer i størrelse. På de resulterende billeder, små geologiske strukturer kun få meter på tværs kan ses meget tydeligere end før. Disse strukturer omfatter kampesten eller meget små kratere, som kan findes overalt på månens overflade. Da månen ikke har nogen atmosfære, meget små meteoritter falder gentagne gange ned på dens overflade og skaber sådanne minikratere.

"Ved hjælp af de nye HORUS-billeder, det er nu muligt at forstå geologien af ​​måneskyggeområder meget bedre end før, " forklarer Moseley. F.eks. antallet og formen af ​​de små kratere giver oplysninger om overfladens alder og sammensætning. Det gør det også nemmere at identificere potentielle forhindringer og farer for rovere eller astronauter. I et af de undersøgte kratere, beliggende på Leibnitz-plateauet, forskerne opdagede et slående lyst minikrater. "Dens forholdsvis lyse farve kan tyde på, at dette krater er relativt ungt, " siger Bickel. Fordi sådan et frisk ar giver ret uhindret indsigt i dybere lag, dette websted kunne være et interessant mål for fremtidige missioner, foreslår forskerne.

De nye billeder giver ikke bevis for frosset vand på overfladen, såsom lyse pletter. "Nogle af de regioner, vi har målrettet mod, kan være lidt for varme, " Bickel spekulerer. Det er sandsynligt, at månevand overhovedet ikke eksisterer som en tydeligt synlig aflejring på overfladen - i stedet, det kunne blandes med regolitten og støvet, eller kan være skjult under jorden.

For at besvare dette og andre spørgsmål, forskernes næste skridt er at bruge HORUS til at studere så mange skyggede områder som muligt. "I den aktuelle publikation, vi ville vise, hvad vores algoritme kan. Nu ønsker vi at anvende det så omfattende som muligt, siger Bickel.