Mientras la nave espacial OSIRIS-REx de la NASA se prepara para aterrizar brevemente y recolectar una muestra del asteroide Bennu en octubre, el equipo científico de la misión, dirigido por la Universidad de Arizona, ha trabajado meticulosamente para crear el mapa global de mayor resolución de cualquier cuerpo planetario, incluida la Tierra. El esfuerzo es el último en la larga historia de la universidad de imágenes y mapeo celestes, uno que comenzó con los primeros aterrizajes lunares.

El equipo cosió 2, 155 imágenes, que contienen píxeles que se traducen en dos pulgadas cuadradas en la superficie, para crear el mosaico global de Bennu.

"Esta es la escala espacial más fina que jamás hayamos mapeado de un objeto planetario, "dijo Daniella DellaGiustina, Científico líder en procesamiento de imágenes OSIRIS-REx. "Tampoco tiene precedentes en la forma en que lo usamos. Por lo general, cuando la NASA elige un lugar de aterrizaje para una próxima misión, tienen un orbitador que realiza el reconocimiento de la superficie mucho antes de que una misión separada entre en contacto con la superficie. Pero fuimos a Bennu sin ese lujo. Este paradigma de dar cada paso en estrecha sucesión es único y hace que las cosas sean exigentes ".

La nave espacial recogió las imágenes a distancias que van desde 2,2 a 2,9 millas por encima de la superficie del asteroide entre el 21 de marzo y el 11 de abril. 2019. El mosaico se completó en febrero.

El equipo de la misión utilizó la vista detallada de Bennu durante la selección de los sitios de recolección de muestras primarios y de respaldo. apodado ruiseñor y águila pescadora, respectivamente.

La versión de tamaño completo del mosaico se ha descargado más de 52, 810 veces desde que fue lanzado en febrero.

Hacer un mosaico

Hay un par de criterios importantes que debe cumplir un mapa útil de la superficie de Bennu.

"Necesitaba contener una distorsión mínima y una buena iluminación para percibir la textura y el relieve en la superficie, "Dijo DellaGiustina.

Carina Bennett estaba preparada para la tarea. Tiene experiencia en fotografía, cine y arte, habiendo obtenido una licenciatura en artes de medios y escritura creativa de UArizona y una maestría en producción de películas y videos de la Universidad de Iowa. Trabajó como videógrafa en Comunicaciones Universitarias en UArizona hace casi 10 años, mientras que simultáneamente se inscribió en cursos de ciencias de la computación. Su título en informática y las conexiones que forjó mientras trabajaba para la universidad la llevaron a su primer trabajo en la misión OSIRIS-REx. Ahora es ingeniera senior en el equipo de procesamiento de imágenes de la misión.

Para crear el mosaico global de Bennu, el equipo primero tuvo que capturar imágenes de la superficie usando el instrumento PolyCam.

"PolyCam, una de las cámaras desarrolladas por UArizona a bordo de la nave espacial, capturado 7, 000 imágenes, y los reduje a poco más de 2, 100, ", Dijo Bennett." Busqué imágenes que tuvieran la mejor geometría, es decir, el mejor ángulo entre la nave espacial y la parte del asteroide que estábamos imaginando y el mejor ángulo entre el sol y esa área ".

La nave espacial tomó fotos desde tres ángulos orbitales predeterminados:en el hemisferio norte, en el ecuador y en el hemisferio sur, eso aseguró que hubiera vistas claras de toda la superficie del asteroide y optimizó las sombras de las características de Bennu. Si bien los mapas suelen querer eliminar las sombras, en este caso eran necesarios para hacer resaltar las características de la superficie.

"Queríamos una pequeña sombra, pero no demasiado y sin ángulos extraños. Todo fue planeado muy meticulosamente, ", Dijo Bennett.

Luego, usando un modelo 3-D del asteroide que fue creado usando un programa que infirió la forma basada en múltiples ángulos de fotografía, Bennett y su equipo superpusieron las imágenes.

"Tomamos algunas imágenes y las emparejamos manualmente con sitios dispersos en el modelo de forma 3D, ", dijo." Si no están alineados a la perfección, parecen moverse cuando cambiamos entre los dos. Colocamos cuidadosamente las fotos en su lugar hasta que obtuvimos una combinación perfecta. Luego, para poner el resto de imágenes, utilizamos algoritmos informáticos, que coinciden automáticamente con las características de la superficie ".

Aquí es donde entró en juego la experiencia en fotografía y diseño gráfico de Bennett.

"Una cosa que no puedo hacer es usar Photoshop. Si tuviéramos que hacer eso, comprometería la integridad científica. La gente obtiene información científica del brillo de los píxeles, por ejemplo, así que no queremos manchar la ciencia, "Bennett dijo." En cambio, Tuve que elegir cuidadosamente dónde dividir las imágenes. Corté a través de cosas como sombras o a lo largo de los bordes de los cráteres en lugar de por el medio de una roca que fue fotografiada desde dos ángulos de visión diferentes. Al rastrear cuidadosamente la topografía y hacer coincidir las imágenes como piezas de un rompecabezas, Pude hacer el mapa mucho más fluido ".

El mosaico global final puede servir como mapa base para dar contexto a los datos científicos futuros.

"Cuando los científicos recopilan datos espectrales (de luz) reflejados y emitidos por Bennu para determinar su composición, solo parece líneas onduladas y coordenadas de latitud y longitud, ", Dijo Bennett." Entonces, poder mirar la ubicación y las características correspondientes en el mapa es extremadamente útil para interpretar esos datos ".

Las imágenes individuales tampoco son tan útiles como un mapa de alta definición, Dijo DellaGiustina.

"Esto puede proporcionar datos para desbloquear qué tipo de patrones globales existen en Bennu y proporcionar contexto a otros conjuntos de datos, " ella dijo.

El mosaico global también se utilizó para un proyecto de ciencia ciudadana en el que cualquier persona con conexión a Internet podía mapear y medir las rocas de Bennu. lo que contribuirá a un censo mundial de boulder.

Futuros mosaicos, que se centrará en porciones más pequeñas del asteroide y tendrá una resolución más alta, se utilizará para la navegación de los sitios de muestreo primarios y secundarios.

Lanzamiento de un legado

"La Universidad de Arizona tiene una amplia historia de imágenes de otros objetos en el sistema solar, ", Dijo DellaGiustina." Toda esa herencia se puso en práctica cuando diseñamos las cámaras para la misión OSIRIS-REx ".

Cuando el presidente John F. Kennedy anunció en 1961 que los estadounidenses caminarían sobre la luna a fines de la década de 1960, un pequeño grupo de investigadores de UArizona estaba entre los pocos que ya estaban estudiando la luna profesionalmente.

Los miembros del equipo tomaron imágenes y mapearon la superficie lunar, lo que les permitió comprender la geología de la luna y permitió a la NASA elegir lugares de aterrizaje para futuras misiones robóticas y Apolo. Gerard Kuiper, el padre de la ciencia planetaria moderna, dirigió el equipo y estableció el Laboratorio Lunar y Planetario en Arizona, donde se desempeñó como jefe de departamento.

Desde entonces, UArizona ha desempeñado un papel destacado en las misiones de la NASA que mapearon objetos en todo el sistema solar. Las misiones pioneras de los años 70 mapearon Júpiter y Saturno, las sondas Voyager unos años más tarde tomaron las únicas imágenes en primer plano de Neptuno y Urano, y la nave espacial Cassini tomó fotos de Saturno mientras que la sonda Huygens capturaba imágenes de la luna Titán.

La universidad también lidera el Experimento científico de imágenes de alta resolución, o HiRISE, que captura impresionantes fotos de la superficie marciana a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA.

Las cámaras a bordo de la misión OSIRIS-REx dirigida por UArizona se desarrollaron en la universidad. El instrumento PolyCam utilizado para capturar las imágenes del mosaico tiene un enfoque ajustable, capaz de obtener imágenes de Bennu desde millones de millas de distancia hasta menos de una milla de su superficie.

"Debido a nuestra larga trayectoria en el desarrollo de cámaras y cargas útiles para vuelos espaciales, también obtuvimos un buen software en desarrollo para procesar todas esas imágenes, "Dijo DellaGiustina." Para Bennu, en particular, trabajamos en el establecimiento, en colaboración con Astrogeology Science Center, USGS (Servicio Geológico de EE. UU.) En Flagstaff:un conjunto de software de procesamiento de imágenes capaz de manejar objetos de forma irregular y traducirlos en mapas. Los mapas suelen proyectar objetos esféricos, pero Bennu fue un desafío único porque tiene forma de diamante ".

El esfuerzo del equipo incluyó el trabajo de una docena de personas que ayudaron a vincular imágenes entre sí y al modelo del asteroide. y alrededor de 10 personas que ayudaron a planificar la recopilación de datos de imágenes y enviar comandos a las cámaras a bordo del OSIRIS-REx.

"Todavía tenemos mucho trabajo que hacer, ", Dijo Bennett." Estamos planeando tomar muestras en octubre de este año, gran parte de nuestro trabajo ahora consiste en asegurarnos de que estemos preparados ".