Regarder dans les ombres de la lune : l’IA fournit des images plus nettes de cratères lunaires contenant de la glace d’eau

Craters and Depressions Moon South Pole
Cratères et dépressions Lune Pôle Sud

Les 17 cratères et dépressions nouvellement analysés sont situés près du pôle Sud. Alors que la plus petite de ces régions (région 11) n’a qu’une dimension nulle. 18 km², le plus grand (région 9) mesure 54 m². kilomètres. La région neuf n’est pas située dans la section particulière de la région polaire sud prouvée ici, mais un peu plus au nord, dans le conteneur Schrödinger. Les représentations de la surface lunaire prouvées ici sont basées sur les données altimétriques du Lunar Reconnaissance Orbiter. Pointage de crédit : © MPS/Université associée à Oxford/NASA Ames Analysis Center/FDL/SETI Institute

Les cratères lunaires complètement ombragés contiennent de la neige d’eau, mais sont difficiles à imaginer. Un algorithme d’apprentissage de l’appareil fournit aujourd’hui des images plus nettes.

Les régions polaires de la Lune abritent des cratères ainsi que d’autres dépressions qui ne reçoivent en aucun cas la lumière du soleil. De nos jours, un groupe de chercheurs amenés par l’Institut Max Planck pour la recherche sur les systèmes photovoltaïques (MPS) en Allemagne dispose à ce jour des images à la plus haute résolution couvrant dix-sept de ces cratères. Les cratères de ce type peuvent contenir de l’eau potable gelée, ce qui en fait des objectifs attrayants pour les futures missions lunaires, et les scientifiques se sont concentrés davantage sur des cratères relativement petits et accessibles entourés de pentes douces. En fait, trois des cratères se sont retrouvés à l’intérieur de la section de mission qui vient d’être annoncée de Nasa Volatiles Investigating Polar Search Rover (VIPER), qui devrait toucher la Lune d’ici 2023. L’imagerie de l’intérieur de cratères ombragés en permanence est un défi, et les efforts jusqu’à présent se sont appuyés sur de longues expositions entraînant un maculage et une résolution inférieure. Grâce à l’avantage du soleil réfléchi par les collines voisines et à une nouvelle méthode de traitement d’image, les chercheurs ont maintenant créé des images à 1 à 2 mètres par pixel, ce qui est égal ou même très proche de la plus grande capacité des appareils photo numériques.

La Lune particulière est un désert frais et sec. Contrairement à la Terre, elle n’est pas entourée d’un environnement protecteur et l’eau qui existait habituellement pendant la formation de la Lune s’est depuis longtemps évaporée sous l’effet du rayonnement solaire et s’est échappée dans la région. Néanmoins, les cratères et les dépressions dans les régions polaires donnent plusieurs raisons de s’attendre à des ressources en eau limitées. Les scientifiques de MPS, le Université d’Oxford ainsi que le centre d’étude Ames de la NASA ont maintenant examiné de plus près certaines de ces régions.

“Près des pôles nord et sud lunaires, la lumière du soleil de l’événement pénètre dans les cratères et les dépressions particuliers sous un angle très superficiel et n’atteint jamais certains de leurs étages”, Valentin Bickel, scientifique MPS, 1er auteur du tout nouvel article en Communication Nature , explique. En cette «nuit éternelle», les plages de température à certains endroits sont si glaciales que l’eau potable gelée devrait durer d’innombrables années. Des impacts à travers des comètes ou des astéroïdes auraient pu le produire, ou il aurait déjà pu être dégazé par des éruptions scéniques, ou créé par l’interaction de la surface avec le vent solaire. Les mesures associées au flux de neutrons et au rayonnement infrarouge acquis par les sondes spatiales ces dernières années indiquent l’existence d’eau à ces endroits. Finalement, la NASA Déclaration du cratère lunaire et télévision par satellite de détection ( LCROSS ) a fourni des preuves directes : il y a douze ans, la sonde particulière a tiré le projectile dans le cratère du pôle sud ombragé Cabeus. Comme l’analyse ultérieure l’a montré, le nuage de poussière particulier libéré dans l’espace comprenait une quantité considérable d’eau.

Cependant, les régions ombragées en permanence ne sont pas uniquement associées à un intérêt scientifique. Au cas où les humains auraient l’intention de passer des périodes prolongées sur le satellite céleste, l’eau potable d’origine naturelle sera une source précieuse – et les cratères et dépressions ombragés seront un emplacement important. La NASA sans équipage VIPÈRE Le rover, par exemple, découvrira la région de South Rod en 2023 et entrera dans ce genre de cratères. Afin d’obtenir une image exacte de leur topographie et de leur géologie à l’avance – à des fins de planification objective, telles que – des images à travers des sondes spatiales sont généralement indispensables. celui de la NASA Orbiteur de reconnaissance lunaire ( LRO ) fournit ce genre d’images depuis cette année.

Cependant, prendre des images dans l’obscurité profonde de régions complètement ombragées est généralement exceptionnellement difficile ; en fin de compte, les seules sources d’éclairage sont dispersées douces, telles que celle mettant en évidence la Terre ainsi que la topographie environnante, ainsi que la faible lumière des étoiles. « Parce que le vaisseau spatial est en mouvement, le LRO les images sont complètement floues à de longs temps d’exposition directe », souligne Ben Moseley de l’Université d’Oxford, co-auteur de l’étude. À des temps d’exposition courts, la résolution spatiale particulière est bien meilleure. Cependant, en raison de la faible quantité de lumière pouvant être obtenue, ces images sont généralement dominées par le son, ce qui rend difficile la différenciation des fonctions géologiques réelles.

Cratère sans nom Région polaire sud de la Lune

Un cratère encore inconnu dans la région polaire sud de la Lune. Il est situé sur le plateau de Leibnitz, à proximité directe de la mission ciblée du Volatiles Looking into Polar Exploration Rover (VIPER) de la NASA. L’image fixe de gauche montre une image prise par le Lunar Reconnaissance Orbiter. L’intérieur du cratère n’est presque pas visible. L’image appropriée montre exactement la même image après qu’elle ait été traitée avec les critères d’apprentissage automatique HORUS. Crédit : © Autres : NASA/LROC/GSFC/ASU ; À droite : MPS/Université d’Oxford/NASA Ames Research Center/FDL/Société SETI

Pour faire face à ce problème, les scientifiques ont développé un algorithme d’apprentissage de dispositif connu sous le nom de HORUS (Hyper-effective sound Removal U-net Software) qui « nettoie » ces images bruyantes. Il utilise plus de soixante-dix, 000 LRO des images d’étalonnage prises sur le côté sombre du satellite céleste ainsi que des informations sur la température de l’appareil photo numérique et la trajectoire du vaisseau spatial pour distinguer quelles structures généralement dans l’image sont des artefacts et lesquelles sont réelles. De cette façon, les chercheurs peuvent obtenir une résolution d’environ 1 à 2 mètres par pixel, soit cinq à dix fois plus que la résolution de la plupart des images disponibles auparavant.

En utilisant cette méthode, les chercheurs ont maintenant réévalué les images de dix-sept régions ombragées dans la région de la tige sud lunaire qui calculent entre 0,18 et 54 mètres carrés. kilomètres de taille. Dans les images résultantes, de petites structures géologiques de quelques mètres de diamètre pouvaient être discernées beaucoup plus clairement qu’auparavant. Ces types de structures comprennent de gros rochers fluviaux ou de très petits cratères, que l’on peut trouver partout pour la surface lunaire. Parce que la Lune n’a pas d’environnement, de très petites météorites tombent fréquemment à la surface et créent ce genre de mini-cratères.

“Avec l’aide des nouvelles images HORUS, il est désormais possible de comprendre la géologie des régions ombragées lunaires beaucoup mieux qu’auparavant”, explique Moseley. Par exemple, le nombre et la forme des petits cratères fournissent des informations sur l’âge et la composition de la surface. Cela permet également d’identifier plus facilement les éventuels obstacles et dangers pour les rovers ou même les astronautes. Dans l’un des cratères étudiés, situé sur le plateau de Leibnitz, les scientifiques ont découvert un mini-cratère particulièrement lumineux. “Sa couleur relativement vive peut indiquer que ce cratère est relativement plus jeune”, explique Bickel. Parce qu’une nouvelle cicatrice aussi fraîche offre un aperçu assez simple des couches beaucoup plus profondes, ce site s’avère être une cible intéressante destinée aux futures missions, suggèrent les chercheurs en particulier.

Les nouvelles images ne fournissent jamais de preuve d’eau gelée à la surface, par exemple des taches lumineuses. « Certaines des régions que nous avons ciblées pourraient être un peu trop chaudes », spécule Bickel. Très probablement, l’eau lunaire n’existera pas du tout en tant que dépôt visiblement visible sur le dessus – elle pourrait plutôt être mélangée à l’aide du régolithe et de la saleté, ou peut être cachée sous terre.
Pour faire face à cette requête et à d’autres, la prochaine chose des chercheurs est d’utiliser HORUS pour analyser autant d’emplacements ombragés que possible. « Dans la publication existante, nous avons souhaité montrer ce que notre propre algorithme peut faire. À l’heure actuelle, nous voulons l’appliquer de la manière la plus complète possible », explique Bickel.

Référence : « Peering straight into lunar permanent shadowed regions with serious learning » par Sixth is v. T. Bickel, W. Moseley, I. Lopez-Francos et M. Shirley, 23 septembre 2021, Communication des personnages .
DOI : dix. 1038/s41467-021-25882-z

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