Wpatruję się w cienie księżyca | Wiadomości z Mirage

Sztuczna inteligencja zapewnia teraz wyraźniejsze obrazy księżycowych kraterów zawierających lód wodny

Obszary polarne Księżyca są domem dla kraterów i innych zagłębień, które nigdy nie otrzymują światła słonecznego. Dziś grupa naukowców kierowana przez Instytut Maxa Plancka ds. Badań Układu Słonecznego (MPS) w Niemczech prezentuje w czasopiśmie Nature Communications obrazy o najwyższej rozdzielczości obejmujące 17 takich kraterów. Kratery tego typu mogą zawierać zamarzniętą wodę, co czyni je atrakcyjnymi celami przyszłych misji księżycowych, a naukowcy skupili się bardziej na stosunkowo małych, dostępnych kraterach otoczonych łagodnymi klifami. W rzeczywistości trzy kratery okazały się znajdować w niedawno ogłoszonym obszarze misji NASA Volatile Exploration Vehicle (VIPER), który ma wylądować na Księżycu w 2023 roku. Trudne, dotychczasowe wysiłki opierały się na długim czasie ekspozycji , co skutkuje rozmazywaniem i niższą rozdzielczością. Wykorzystując światło słoneczne odbite od pobliskich wzgórz i nową metodę przetwarzania obrazu, naukowcy stworzyli obrazy z szybkością dwóch metrów na piksel, co jest równoważne lub bardzo zbliżone do najlepszych możliwości kamer.

Księżyc to zimna i sucha pustynia. W przeciwieństwie do Ziemi nie jest otoczony ochronną atmosferą, a woda, która była obecna podczas formowania się Księżyca, od dawna wyparowała pod wpływem promieniowania słonecznego i uciekła w kosmos. Jednak kratery i depresje w rejonach polarnych dają pewne powody do nadziei na ograniczone zasoby wody. Naukowcy z MPS, Oxford University i NASA Ames Research Center przyjrzeli się bliżej niektórym z tych regionów.

„W pobliżu księżycowego bieguna północnego i południowego wpadające światło słoneczne wpada do kraterów i zagłębień pod bardzo płytkim kątem i nigdy nie dociera do niektórych ich pięter” – wyjaśnia naukowiec MPS, dr Valentin Bickle, pierwszy autor nowego artykułu. W tę „wieczną noc” temperatury w niektórych miejscach są tak niskie, że zamarznięte wody mają przetrwać miliony lat. Mogły je dostarczyć zderzenia z komet lub asteroid, mogły zostać zdmuchnięte przez erupcje wulkaniczne lub powstałe w wyniku interakcji powierzchniowych z wiatrem słonecznym. Pomiary strumienia neutronów i promieniowania podczerwonego uzyskane przez sondy kosmiczne w ostatnich latach wskazują na obecność wody w tych rejonach. Ostatecznie, satelita monitorujący i wyczuwający krater NASA (LCROSS) dostarczył bezpośrednich dowodów: dwanaście lat temu sonda wystrzeliła pocisk w ocieniony koszmarem krater antarktyczny. Jak wykazała późniejsza analiza, chmura pyłu wyemitowana w kosmos zawiera dużą ilość wody.

Jednak obszary trwale zacienione mają nie tylko znaczenie naukowe. Jeśli ludzie spędzają dłuższy czas na Księżycu, naturalnie występująca woda będzie cennym zasobem, a zacienione kratery i depresje będą ważnym miejscem docelowym. Na przykład bezzałogowy łazik NASA VIPER zbada region Antarktyki w 2023 roku i wejdzie do takich kraterów. Aby z wyprzedzeniem uzyskać dokładny obraz terenu i geologii – na przykład do celów planowania misji – niezbędne są obrazy z sond kosmicznych. Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) NASA dostarcza takie obrazy od 2009 roku.

Jednak robienie zdjęć w głębokiej ciemności trwale zacienionych obszarów jest bardzo trudne; W końcu jedynymi źródłami światła są światło rozproszone, takie jak odbite od ziemi i otaczającego terenu oraz słabe światło gwiazd. „Ponieważ statek kosmiczny jest w ruchu, obrazy LRO są całkowicie rozmyte przy długich czasach naświetlania” – wyjaśnia Ben Mosley z Uniwersytetu Oksfordzkiego, współautor badania. Przy krótkich czasach naświetlania rozdzielczość przestrzenna jest znacznie lepsza. Jednak ze względu na niewielką ilość dostępnego światła w tych obrazach dominuje szum, co utrudnia rozróżnienie prawdziwych cech geologicznych.

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy opracowali algorytm uczenia maszynowego o nazwie HORUS (U-net High Effective Noise Removal Program), który „czyści” takie zaszumione obrazy. Wykorzystuje ponad 70 000 skalibrowanych zdjęć LRO wykonanych po ciemnej stronie Księżyca, a także informacje o temperaturze kamery i trajektorii statku kosmicznego, aby odróżnić, które struktury na zdjęciu są artefaktami, a które są rzeczywiste. W ten sposób naukowcy mogą osiągnąć rozdzielczość około 1-2 metrów na piksel, czyli od pięciu do dziesięciu razy wyższą niż rozdzielczość wszystkich wcześniej dostępnych obrazów.