È ovvio dall'immagine che la superficie della Luna è tutt'altro che uniforme. I cambiamenti nella topografia si rivelano nelle ombre e nella luce. Ma non è immediatamente possibile vedere quanto cambia. Quanto sono profondi i crateri e come appaiono se dobbiamo entrare ancora più nel dettaglio? Credito:NASA/JPL.
La superficie della luna e dei pianeti rocciosi, Marte in particolare, sono di enorme interesse per chiunque cerchi di esplorare il nostro sistema solare. La superficie deve essere conosciuta nel modo più dettagliato possibile, affinché le missioni atterrino in sicurezza o affinché qualsiasi nave robotica possa attraversare la superficie. Ma fino ad ora, i metodi per analizzare le immagini da veicoli spaziali in orbita hanno comportato un enorme carico di lavoro e un'immensa potenza del computer, con risultati limitati.
Un progetto di Iris Fernandes ha cambiato le cose. Studiando la formazione calcarea Stevns Klint in Danimarca, ha sviluppato un metodo per interpretare le ombre nelle immagini, in modo da poter estrarre la topografia esatta. Il metodo è ancora molto più rapido e meno laborioso. Il risultato è ora pubblicato Scienze planetarie e spaziali .
L'esplorazione umana dello spazio comporta alti livelli di sicurezza, quindi sono necessarie immagini precise del terreno
La topografia di qualsiasi superficie creerà ombre, quando la luce del sole la colpisce. Possiamo vedere chiaramente le ombre nelle immagini della Luna, ma non conosciamo l'elevazione del terreno. Quindi possiamo vedere i cambiamenti della topografia, ma non di quanto. È necessario essere in grado di vedere anche caratteristiche molto piccole per garantire un atterraggio o movimento sicuro di un rover. Per non parlare della sicurezza degli astronauti.
Se un rover non riesce a vedere i dettagli, potrebbe rimanere incastrato nelle superfici sabbiose o urtare le rocce e anche essere in grado di vedere interessanti formazioni geologiche per trovare ambienti geologici ricchi per scopi di ricerca è di grande importanza.
Le precedenti limitazioni nella valutazione della topografia sono state ora ampiamente eliminate
Quando i satelliti orbitano attorno a un pianeta, possono scattare foto con una qualità ragionevole della superficie. Ma per stabilire un'interpretazione dell'esatta topografia, sufficientemente buona per far atterrare l'attrezzatura estremamente costosa o forse anche gli astronauti, è necessario elaborare ancora molte informazioni ad hoc.
Il metodo di utilizzo delle sfumature esisteva prima, ma era computazionalmente inefficiente e doveva ancora basarsi su ipotesi. Il nuovo metodo utilizza un calcolo molto più diretto e preciso, non si basa su un intero set di parametri da inserire nel computer e può persino calcolare le incertezze e l'accuratezza.
"Questo metodo è veloce, è preciso e non deve basarsi su alcun presupposto", afferma Iris Fernandes. "In precedenza, se ponevi la domanda:quanto è precisa la valutazione della topografia, non c'era davvero una risposta soddisfacente. Ora viene rivelata la topografia precisa e possiamo persino quantificare le incertezze".
La curiosità scientifica può portarti in luoghi sorprendenti
"Sono stato coinvolto in un progetto in cui volevamo utilizzare le immagini di Stevns Klint per modellare i modelli sulla superficie. Ho persino presentato questo metodo in una conferenza a Los Angeles, ma le sfumature rappresentavano una sfida, perché l'algoritmo 'visto' le sfumature come geologiche caratteristiche."
"Ha creato un pregiudizio nel modello. Avevamo bisogno di trovare modi per rimuovere le sfumature, al fine di rimuovere il pregiudizio."
"Sono sempre stato interessato ai pianeti e sapevo che la superficie della luna era oggetto di studio. Non ci sono molte caratteristiche di disturbo sulla Luna, quindi era l'ideale per rimuovere la distorsione."
"Quando abbiamo filtrato le ombre, abbiamo potuto vedere cosa stavano 'nascondendo', per così dire:le forme della superficie", spiega Iris Fernandes.
Stevns KlintStevns Klint, situata sulla costa più orientale dell'isola di Zealand in Danimarca. Le ombre nelle formazioni geologiche ponevano un problema nella “lettura” della precisa topografia. Ma la soluzione a quel problema si è rivelata portare Iris Fernandes più avanti in un campo scientifico molto più ampio. Credito:Frame &Work/Sydkyst Danmark. Grazie al Museo Østsjællands
La risoluzione delle immagini esistenti ha presentato un nuovo problema e un nuovo approccio
Quando sono iniziati i lavori sulla Luna, la discrepanza tra le diverse risoluzioni nelle immagini e nei dati topografici si è rivelata enorme. È apparso un nuovo problema, in altre parole. "Come potremmo combinare diverse fonti di dati in diverse risoluzioni?"
"Ha presentato un enorme problema matematico, ed è proprio di questo che tratta lo studio."
"Questo è il punto in cui la ricerca precedente si era fermata. Quello che abbiamo fatto in modo diverso rispetto ai precedenti tentativi di risolvere questo problema, è stato che ci siamo concentrati sulla matematica e l'abbiamo ristretto a un'equazione matematica impegnativa. Fondamentalmente, per vedere se questa equazione poteva risolvere il problema problema."
"E l'ha fatto", sorride Iris Fernandes. "Si potrebbe dire che noi, il mio supervisore, il professor Klaus Mosegaard ed io, abbiamo trovato la chiave matematica di una porta rimasta chiusa per molti anni".
La via da seguire
L'attenzione ora sta migliorando ancora di più il metodo. Ovunque siano disponibili dati sulla formazione rocciosa nel sistema solare, come la Luna, Marte, asteroidi o simili, il metodo può essere applicato per estrarre dettagli topografici precisi.
Le immagini utilizzate per questo compito possono essere immagini dai satelliti o persino dai rover stessi, attualmente a terra su Marte, o da qualsiasi robot mobile in futuro.
Gli scopi per ottenere una corretta analisi topografica possono essere diversi, potrebbe essere la sicurezza delle apparecchiature o degli astronauti o la ricerca di siti geologicamente interessanti.
C'è una vasta gamma di possibili applicazioni, in altre parole. "È una specie di visione artificiale", afferma Iris Fernandes. "Quando, ad esempio, un robot ha una qualche forma di macchinario per interagire con l'ambiente, il metodo può aiutare nella navigazione o nella 'coordinazione occhio-mano', perché è meno 'pesante' computazionale e quindi più veloce."
"Sto solo speculando ora, ma una caratteristica interessante potrebbe essere valutare la rotondità di piccole rocce, al fine di trovare una precedente presenza di acqua."
"Il metodo mostra i dati per noi umani in un modo che comprendiamo intuitivamente, come le immagini della rotondità delle pietre, che è molto facile da interpretare". + Esplora ulteriormente
