Mentre la navicella spaziale OSIRIS-REx della NASA si prepara ad atterrare brevemente e raccogliere un campione dall'asteroide Bennu in ottobre, il team scientifico della missione, guidato dall'Università dell'Arizona, ha lavorato meticolosamente per creare la mappa globale a più alta risoluzione di qualsiasi corpo planetario, compresa la Terra. Lo sforzo è l'ultimo nella lunga storia dell'università di imaging e mappatura celeste, iniziata con i primi sbarchi lunari.

La squadra ha cucito insieme 2, 155 immagini, contenenti pixel che si traducono in due pollici quadrati sulla superficie, per creare il Bennu Global Mosaic.

"Questa è la migliore scala spaziale che abbiamo mai mappato di un oggetto planetario, " disse Daniella Della Giustina, Scienziato capo dell'elaborazione delle immagini OSIRIS-REx. "È anche senza precedenti nel modo in cui l'abbiamo usato. In genere, quando la NASA sceglie un sito di atterraggio per una missione imminente, hanno un orbiter che effettua la ricognizione della superficie molto prima che una missione separata entri in contatto con la superficie. Ma siamo andati a Bennu senza quel lusso. Questo paradigma di fare ogni passo in stretta successione è unico e ha reso le cose impegnative".

La sonda ha raccolto le immagini a distanze comprese tra 2,2 e 2,9 miglia sopra la superficie dell'asteroide tra il 21 marzo e l'11 aprile. 2019. Il mosaico è stato completato a febbraio.

La vista dettagliata di Bennu è stata utilizzata dal team della missione durante la selezione dei siti di raccolta dei campioni primari e di riserva, soprannominato Nightingale e Osprey, rispettivamente.

La versione a grandezza naturale del mosaico è stata scaricata oltre 52, 810 volte da quando è stato rilasciato a febbraio.

Fare un Mosaico

Ci sono un paio di criteri importanti che una mappa utile della superficie di Bennu deve soddisfare.

"Doveva contenere una distorsione minima e una buona illuminazione per dare un senso alla trama e al rilievo sulla superficie, " ha detto Della Giustina.

Carina Bennett era pronta per il compito. Ha un background in fotografia, cinema e arte, dopo aver conseguito un Bachelor of Arts in arti multimediali e scrittura creativa dall'UArizona e un Master of Arts in produzione di film e video presso l'Università dell'Iowa. Ha lavorato come videomaker in University Communications presso UArizona quasi 10 anni fa, mentre contemporaneamente si iscriveva a corsi di informatica. La sua laurea in informatica e le connessioni che ha creato mentre lavorava per l'università l'hanno portata al suo primo lavoro nella missione OSIRIS-REx. Ora è un ingegnere senior nel team di elaborazione delle immagini della missione.

Per creare il Bennu Global Mosaic, il team ha dovuto prima acquisire immagini della superficie utilizzando lo strumento PolyCam.

"PolyCam, una delle telecamere sviluppate dall'UArizona a bordo del veicolo spaziale, catturato 7, 000 immagini, e li ho ristretti a poco più di 2, 100, " ha detto Bennett. "Ho cercato immagini che avessero la migliore geometria, il che significa l'angolo migliore tra il veicolo spaziale e la parte dell'asteroide che stavamo riprendendo e l'angolo migliore tra il sole e quell'area".

La navicella ha scattato foto da tre angoli orbitali predeterminati:nell'emisfero settentrionale, all'equatore e nell'emisfero australe, che assicurava una visione chiara dell'intera superficie dell'asteroide e ottimizzava le ombre delle caratteristiche di Bennu. Mentre le mappe in genere vogliono eliminare le ombre, erano necessari in questo caso per far risaltare le caratteristiche della superficie.

"Volevamo una piccola ombra, ma non troppo e non angoli strani. Era tutto pianificato in modo molto meticoloso, " ha detto Bennet.

Quindi, utilizzando un modello 3D dell'asteroide che è stato creato utilizzando un programma che ha dedotto la forma in base a più angolazioni fotografiche, Bennett e il suo team hanno sovrapposto le immagini.

"Abbiamo preso alcune immagini e le abbiamo abbinate manualmente ai siti sparsi nel modello di forma 3D, " ha detto. "Se non sono allineati perfettamente, sembrano oscillare quando ci siamo alternati tra i due. Abbiamo spostato con cura le foto in posizione fino a quando non abbiamo ottenuto una corrispondenza perfetta. Quindi, per posare il resto delle immagini, abbiamo utilizzato algoritmi informatici, che corrispondeva automaticamente alle caratteristiche della superficie."

È qui che è entrato in gioco il background di fotografia e grafica di Bennett.

"Una cosa che non posso fare è usare Photoshop. Se dovessimo farlo, comprometterebbe l'integrità scientifica. Le persone ottengono informazioni scientifiche dalla luminosità dei pixel, Per esempio, quindi non vogliamo cancellare la scienza, " Bennett ha detto. "Invece, Ho dovuto scegliere con cura dove dividere le immagini. Ho tagliato attraverso cose come ombre o lungo i bordi dei crateri invece che nel mezzo di una roccia che è stata ripresa da due diversi angoli di visione. Tracciando accuratamente la topografia e abbinando le immagini come pezzi di un puzzle, Sono stato in grado di rendere la mappa molto più fluida".

Il mosaico globale finale può fungere da mappa di base per contestualizzare i futuri dati scientifici.

"Quando gli scienziati raccolgono dati spettrali (luce) riflessi ed emessi da Bennu per determinarne la composizione, sembra solo linee ondulate e coordinate di latitudine e longitudine, " Ha detto Bennett. "Quindi essere in grado di guardare la posizione e le caratteristiche corrispondenti sulla mappa è estremamente utile per interpretare quei dati".

Anche le singole immagini non sono utili come una mappa ad alta definizione, ha detto Della Giustina.

"Questo può fornire dati per sbloccare il tipo di modelli globali esistenti su Bennu e fornire contesto ad altri set di dati, " lei disse.

Il mosaico globale è stato utilizzato anche per un progetto scientifico cittadino in cui chiunque disponga di una connessione Internet potrebbe mappare e misurare i massi di Bennu, che contribuirà a un censimento globale dei massi.

Mosaici futuri, che si concentrerà su porzioni più piccole dell'asteroide e avrà una risoluzione più elevata, verrà utilizzato per la navigazione dei siti campione primari e secondari.

Lanciare un'eredità

"L'Università dell'Arizona ha una lunga storia di imaging di altri oggetti nel sistema solare, " Ha detto DellaGiustina. "Tutto questo patrimonio è stato messo in pratica quando abbiamo progettato le telecamere per la missione OSIRIS-REx".

Quando il presidente John F. Kennedy annunciò nel 1961 che gli americani avrebbero camminato sulla luna entro la fine degli anni '60, un piccolo gruppo di ricercatori dell'Arizona era tra i pochi che già studiavano la luna professionalmente.

I membri del team hanno ripreso e mappato la superficie lunare, che ha permesso loro di comprendere la geologia della luna e ha permesso alla NASA di scegliere i siti di atterraggio per le future missioni robotiche e Apollo. Gerard Kuiper, il padre della moderna scienza planetaria, ha guidato la squadra e ha fondato il Laboratorio Lunare e Planetario in UArizona, dove ha ricoperto il ruolo di capo dipartimento.

Da allora, UArizona ha svolto un ruolo di primo piano nelle missioni della NASA che hanno mappato gli oggetti in tutto il sistema solare. Le missioni Pioneer degli anni '70 mapparono Giove e Saturno, le sonde Voyager pochi anni dopo scattarono le uniche immagini ravvicinate di Nettuno e Urano, e la sonda Cassini ha scattato foto di Saturno mentre la sonda Huygens ha catturato immagini della luna Titano.

L'università conduce anche l'esperimento scientifico di imaging ad alta risoluzione, o HiRISE, che cattura splendide foto della superficie marziana dal Mars Reconnaissance Orbiter della NASA.

Le telecamere a bordo della missione OSIRIS-REx guidata dall'UArizona sono state sviluppate presso l'università. Lo strumento PolyCam utilizzato per catturare le immagini per il mosaico ha una messa a fuoco regolabile, in grado di fotografare Bennu da milioni di miglia di distanza a meno di un miglio dalla sua superficie.

"A causa della nostra lunga storia di sviluppo di payload e telecamere per voli spaziali, siamo anche diventati bravi e abbiamo sviluppato software per elaborare tutte quelle immagini, — disse DellaGiustina. — Per Bennu, in particolare, abbiamo lavorato per stabilire, in collaborazione con l'Astrogeology Science Center, USGS (U.S. Geological Survey) a Flagstaff, una suite di software di elaborazione delle immagini in grado di gestire oggetti di forma irregolare e tradurli in mappe. Le mappe di solito proiettano oggetti sferici, ma Bennu è stata una sfida unica perché è a forma di diamante".

Lo sforzo del team ha incluso il lavoro di una dozzina di persone che hanno contribuito a legare le immagini tra loro e al modello dell'asteroide, e circa 10 persone che hanno contribuito a pianificare la raccolta dei dati di immagine e inviare comandi alle telecamere a bordo di OSIRIS-REx.

"Abbiamo ancora molto lavoro da fare, " Bennett ha detto. "Stiamo pianificando il campionamento nell'ottobre di quest'anno, gran parte del nostro lavoro ora è assicurarci di essere preparati".