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    La inteligencia artificial proporciona imágenes más nítidas de los cráteres lunares que contienen agua helada

    Los 17 cráteres y depresiones recientemente estudiados se encuentran cerca del Polo Sur. Si bien la más pequeña de estas regiones (región 11) tiene un tamaño de solo 0,18 kilómetros cuadrados, la más grande (región 9) mide 54 kilómetros cuadrados. La Región 9 no está ubicada en la sección de la región del polo sur que se muestra aquí, pero un poco más al norte, en la cuenca de Schrödinger. Las representaciones de la superficie lunar que se muestran aquí se basan en datos del altímetro del Lunar Reconnaissance Orbiter. Crédito:MPS / Universidad de Oxford / Centro de Investigación Ames de la NASA / FDL / Instituto SETI

    Las regiones polares de la luna albergan cráteres y otras depresiones que nunca reciben luz solar. Hoy dia, un grupo de investigadores dirigido por el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) en Alemania presenta las imágenes de mayor resolución hasta la fecha que cubren 17 de estos cráteres. Los cráteres de este tipo podrían contener agua congelada, haciéndolos objetivos atractivos para futuras misiones lunares, y los investigadores se centraron aún más en cráteres relativamente pequeños y accesibles rodeados de pendientes suaves. De hecho, tres de los cráteres resultaron estar dentro del área de la misión recién anunciada del Rover de Exploración Polar de Investigación de Volátiles de la NASA (VIPER), que está programado para aterrizar en la luna en 2023. Es difícil obtener imágenes del interior de los cráteres en sombra permanente, y los esfuerzos hasta ahora se han basado en tiempos de exposición prolongados que han dado como resultado manchas y una resolución más baja. Aprovechando la luz solar reflejada de las colinas cercanas y un nuevo método de procesamiento de imágenes, los investigadores ahora han producido imágenes de 1 a 2 metros por píxel, que está en o muy cerca de la mejor capacidad de las cámaras.

    La luna es un frio desierto seco. A diferencia de la Tierra, no está rodeada por una atmósfera protectora y el agua que existía durante la formación de la luna se evaporó desde hace mucho tiempo bajo la influencia de la radiación solar y se escapó al espacio. Sin embargo, los cráteres y depresiones en las regiones polares dan alguna razón para esperar que los recursos hídricos sean limitados. Científicos de MPS, la Universidad de Oxford y el Centro de Investigación Ames de la NASA han examinado más de cerca algunas de estas regiones.

    "Cerca de los polos lunar norte y sur, la luz solar incidente ingresa a los cráteres y depresiones en un ángulo muy poco profundo y nunca llega a algunos de sus pisos, "Valentin Bickel, científico de MPS, primer autor del nuevo artículo en Comunicaciones de la naturaleza , explica. En esta "noche eterna, "Las temperaturas en algunos lugares son tan frías que se espera que el agua helada haya durado millones de años. Los impactos de cometas o asteroides podrían haberla provocado, o podría haber sido desgasificado por erupciones volcánicas, o formado por la interacción de la superficie con el viento solar. Las mediciones de flujo de neutrones y radiación infrarroja obtenidas por sondas espaciales en los últimos años indican la presencia de agua en estas regiones. Finalmente, El satélite de observación y detección de cráteres lunares (LCROSS) de la NASA proporcionó una prueba directa:hace doce años, la sonda disparó un proyectil hacia el sombreado cráter Cabeus del polo sur. Como mostró un análisis posterior, la nube de polvo emitida al espacio contenía una cantidad considerable de agua.

    Sin embargo, las regiones en sombra permanente no son solo de interés científico. Si los humanos van a pasar largos períodos de tiempo en la luna, El agua de origen natural será un recurso valioso, y los cráteres y depresiones sombreados serán un destino importante. El rover VIPER sin tripulación de la NASA, por ejemplo, explorará la región del Polo Sur en 2023 y entrará en esos cráteres. Para obtener una imagen precisa de su topografía y geología de antemano, para fines de planificación de la misión, por ejemplo, las imágenes de sondas espaciales son indispensables. El Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA ha estado proporcionando este tipo de imágenes desde 2009.

    Sin embargo, capturar imágenes dentro de la profunda oscuridad de regiones permanentemente sombreadas es excepcionalmente difícil; después de todo, las únicas fuentes de luz son la luz dispersa, como el que se refleja en la Tierra y la topografía circundante, y tenue luz de las estrellas. "Debido a que la nave espacial está en movimiento, las imágenes LRO se ven completamente borrosas en tiempos de exposición prolongados, "explica Ben Moseley de la Universidad de Oxford, coautor del estudio. En tiempos de exposición cortos, la resolución espacial es mucho mejor. Sin embargo, debido a la pequeña cantidad de luz disponible, estas imágenes están dominadas por el ruido, lo que dificulta la distinción de características geológicas reales.

    Un cráter aún sin nombre en la región del polo sur de la Luna. Se encuentra en la meseta de Leibnitz, en las proximidades directas del área de misión objetivo del Rover de exploración polar de investigación de volátiles de la NASA (VIPER). La imagen de la izquierda muestra una fotografía tomada por el Lunar Reconnaissance Orbiter. El interior del cráter casi no es visible. La imagen de la derecha muestra la misma imagen después de que se procesó con el algoritmo de aprendizaje automático HORUS. Crédito:Izquierda:NASA / LROC / GSFC / ASU; Derecha:MPS / Universidad de Oxford / Centro de Investigación Ames de la NASA / FDL / Instituto SETI

    Para abordar este problema, Los investigadores han desarrollado un algoritmo de aprendizaje automático llamado HORUS (Software U-net de eliminación de nOise hiper-eficaz) que "limpia" esas imágenes ruidosas. Utiliza más de 70, 000 imágenes de calibración LRO tomadas en el lado oscuro de la luna, así como información sobre la temperatura de la cámara y la trayectoria de la nave espacial para distinguir qué estructuras en la imagen son artefactos y cuáles son reales. De esta manera, los investigadores pueden lograr una resolución de aproximadamente 1 a 2 metros por píxel, que es de cinco a diez veces mayor que la resolución de todas las imágenes disponibles anteriormente.

    Usando este método, Los investigadores ahora han reevaluado imágenes de 17 regiones sombreadas de la región del polo sur lunar que miden entre 0,18 y 54 kilómetros cuadrados de tamaño. En las imágenes resultantes, pequeñas estructuras geológicas de sólo unos pocos metros de diámetro se pueden discernir mucho más claramente que antes. Estas estructuras incluyen rocas o cráteres muy pequeños, que se puede encontrar en todas partes de la superficie lunar. Dado que la luna no tiene atmósfera, meteoritos muy pequeños caen repetidamente sobre su superficie y crean tales mini-cráteres.

    "Con la ayuda de las nuevas imágenes de HORUS, ahora es posible comprender la geología de las regiones sombreadas lunares mucho mejor que antes, "explica Moseley. Por ejemplo, el número y la forma de los pequeños cráteres proporcionan información sobre la edad y composición de la superficie. También facilita la identificación de posibles obstáculos y peligros para los rovers o astronautas. En uno de los cráteres estudiados, ubicado en la meseta de Leibnitz, los investigadores descubrieron un minicráter sorprendentemente brillante. "Su color comparativamente brillante puede indicar que este cráter es relativamente joven, ", dice Bickel. Debido a que una cicatriz tan reciente proporciona una visión sin obstáculos de las capas más profundas, este sitio podría ser un objetivo interesante para futuras misiones, sugieren los investigadores.

    Las nuevas imágenes no proporcionan evidencia de agua congelada en la superficie, como parches brillantes. "Algunas de las regiones a las que nos hemos dirigido pueden ser un poco demasiado cálidas, "Bickel especula. Es probable que el agua lunar no exista en absoluto como un depósito claramente visible en la superficie, sino que podría mezclarse con el regolito y el polvo, o puede estar escondido bajo tierra.

    Para abordar esta y otras preguntas, El siguiente paso de los investigadores es utilizar HORUS para estudiar tantas regiones sombreadas como sea posible. "En la publicación actual, queríamos mostrar lo que nuestro algoritmo puede hacer. Ahora queremos aplicarlo de la manera más completa posible, "dice Bickel.


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