Neue Technik bietet präzisere Karten der Mondoberfläche

Eine neue Studie unter der Leitung von Forschern der Brown University könnte dazu beitragen, die Art und Weise, wie Wissenschaftler die Mondoberfläche kartieren, neu zu definieren und den Prozess effizienter und präziser als je zuvor zu gestalten.

Veröffentlicht im Zeitschrift für PlanetenwissenschaftenIn einer Studie der Brown-Forscher Benjamin Boatwright und James Head werden Verbesserungen einer Kartierungstechnik namens „Shape-from-Shading“ beschrieben. Mit dieser Technik werden detaillierte Modelle des Mondgeländes erstellt, die Krater, Grate, Hänge und andere Oberflächengefahren darstellen. Durch die Analyse, wie Licht auf verschiedene Oberflächen des Mondes trifft, können Forscher die dreidimensionale Form eines Objekts oder einer Oberfläche aus Zusammenstellungen zweidimensionaler Bilder abschätzen.

Präzise Karten können Mondmissionsplanern dabei helfen, sichere Landepunkte und Gebiete von wissenschaftlichem Interesse zu identifizieren und so den Missionsbetrieb reibungsloser und erfolgreicher zu gestalten.

„Es hilft uns, eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, was tatsächlich da draußen ist“, sagte Boatwright, Postdoktorand am Browns Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences und Hauptautor der neuen Arbeit. „Wir müssen die Topographie der Mondoberfläche verstehen, wo es nicht so viel Licht gibt, wie zum Beispiel die dunklen Bereiche des Mondsüdpols, auf die die Artemis-Missionen der NASA abzielen.

„Dadurch kann die autonome Landesoftware Gefahren wie große Felsen und Felsbrocken, die eine Mission gefährden könnten, navigieren und ihnen ausweichen. Aus diesem Grund benötigt man Modelle, die die Oberflächentopographie mit möglichst hoher Auflösung abbilden, weil sie umso detaillierter ist.“ du hast, desto besser.

Der Prozess der Entwicklung von Präzisionskarten ist jedoch arbeitsintensiv und weist Einschränkungen hinsichtlich komplexer Lichtverhältnisse, ungenauer Interpretation von Schatten und der Handhabung von Geländevariationen auf. Die Verbesserungen der Brown-Forscher an der Technik der Formerzeugung aus Schattierungen zielen darauf ab, diese Probleme zu lösen.

Die Forscher erklären in der Studie, wie mithilfe fortschrittlicher Computeralgorithmen ein Großteil des Prozesses automatisiert und die Auflösung der Modelle deutlich erhöht werden kann. Die neue Software gibt Mondforschern die Werkzeuge an die Hand, um viel schneller größere Karten der Mondoberfläche mit feineren Details zu erstellen, sagen Forscher.

„Shape from Shading erfordert, dass die von Ihnen verwendeten Bilder perfekt aufeinander abgestimmt sind, sodass sich ein Merkmal in einem Bild genau an der gleichen Stelle in einem anderen Bild befindet, um diese Informationsebenen zu erstellen, aber die aktuellen Werkzeuge sind nicht ganz an der richtigen Stelle.“ „Man kann ihm einfach jede Menge Bilder geben und schon entsteht ein perfektes Produkt“, sagte Boatwright.

„Wir haben einen Bildausrichtungsalgorithmus implementiert, der Merkmale aus einem Bild auswählt und versucht, dieselben Merkmale im anderen zu finden und sie dann auszurichten, sodass Sie interessante Punkte nicht manuell über mehrere Bilder hinweg verfolgen müssen, was viel Zeit kostet.“ und Gehirnleistung.“

Die Forscher implementierten außerdem Qualitätskontrollalgorithmen und zusätzliche Filter, um Ausreißer beim Ausrichtungsprozess zu reduzieren, sowie Tools, um sicherzustellen, dass ausgerichtete Bilder tatsächlich übereinstimmen, und um auch Bilder zu entfernen, die nicht ausgerichtet sind. Indem nur die Bilder ausgewählt werden, die letztendlich verwendbar sind, wird die Qualität verbessert und die Genauigkeit bei Auflösungen im Submeterbereich verringert. Die Geschwindigkeit ermöglicht auch die Untersuchung größerer Gebiete und steigert so die Produktion dieser Karten.

Die Forscher bewerteten die Genauigkeit ihrer Karten, indem sie sie mit anderen vorhandenen topografischen Modellen verglichen und nach Diskrepanzen oder Fehlern in den Merkmalen der Mondoberfläche suchten. Sie fanden heraus, dass Karten, die mit ihrer verfeinerten Form-aus-Schattierung-Methode erstellt wurden, genauer waren als die mit traditionellen Techniken abgeleiteten Karten und subtilere Merkmale und Variationen im Gelände der Mondoberfläche zeigten.

Für die Studie nutzten die Forscher hauptsächlich Daten des Laserhöhenmessers Lunar Orbiter und der Kamera Lunar Reconnaissance Orbiter, Instrumente an Bord des Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA, der seit 2009 den Mond umkreist.

Die Wissenschaftler planen, ihre fortschrittliche Software zum Erstellen von Formen aus Schattierungen zu verwenden, um Mondkarten zu erstellen, und sie hoffen, dass andere sie auch bei ihren Modellierungsbemühungen verwenden. Aus diesem Grund verwendeten sie zur Erstellung dieses Tools Open-Source-Algorithmen.

„Diese neuen Kartierungsprodukte sind deutlich besser als das, was wir für die Explorationsplanung während der Apollo-Missionen hatten, und sie werden die Missionsplanung und die wissenschaftlichen Ergebnisse für Artemis- und Robotermissionen erheblich verbessern“, sagte Head, Professor für Geologie an der Brown University, der dort arbeitete das Apollo-Programm.

Die Forscher hoffen, dass das neue Tool das aktuelle Interesse der NASA und Raumfahrtagenturen auf der ganzen Welt an der Wissenschaft und Erforschung des Mondes steigern wird.

„Wenn man diese Art von Tools für jedermann zugänglich macht, kann man eine Fülle von Informationen gewinnen“, sagte Boatwright. „Es ist eine egalitäre Art, Wissenschaft zu betreiben.“