Un nuovo studio condotto da ricercatori della Brown University potrebbe aiutare a ridefinire il modo in cui gli scienziati mappano la superficie della luna, rendendo il processo più snello e preciso che mai.
Pubblicato sul Planetary Science Journal , la ricerca degli studiosi Brown Benjamin Boatwright e James Head descrive i miglioramenti apportati a una tecnica di mappatura chiamata forma dall'ombreggiatura. La tecnica viene utilizzata per creare modelli dettagliati del terreno lunare, delineando crateri, creste, pendii e altri pericoli superficiali. Analizzando il modo in cui la luce colpisce le diverse superfici della Luna, consente ai ricercatori di stimare la forma tridimensionale di un oggetto o di una superficie da composizioni di immagini bidimensionali.
Mappe accurate possono aiutare i pianificatori delle missioni lunari a identificare punti di atterraggio sicuri e aree di interesse scientifico, rendendo le operazioni di missione più fluide e di maggior successo.
"Ci aiuta a mettere insieme un'idea migliore di ciò che è realmente lì", ha affermato Boatwright, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze della Terra, Ambientali e Planetarie della Brown e autore principale del nuovo articolo. "Dobbiamo comprendere la topografia della superficie della Luna dove non c'è tanta luce, come le aree in ombra del polo sud lunare dove prendono di mira le missioni Artemis della NASA.
"Ciò consentirà al software di atterraggio autonomo di navigare ed evitare pericoli, come grandi rocce e massi, che potrebbero mettere a repentaglio una missione. Per questo motivo, sono necessari modelli che mappino la topografia della superficie con la massima risoluzione possibile perché maggiore è il dettaglio hai, meglio è."
Il processo per sviluppare mappe di precisione, tuttavia, richiede molto lavoro e presenta limitazioni quando si tratta di condizioni di illuminazione complesse, interpretazione imprecisa delle ombre e gestione della variabilità del terreno. I miglioramenti apportati dai ricercatori Brown alla tecnica della forma dall'ombreggiatura si concentrano sulla risoluzione di questi problemi.
Gli studiosi delineano nello studio come algoritmi informatici avanzati possano essere utilizzati per automatizzare gran parte del processo e aumentare significativamente la risoluzione dei modelli. Il nuovo software fornisce agli scienziati lunari gli strumenti per creare mappe più grandi della superficie lunare che contengono dettagli più fini a un ritmo molto più veloce, dicono i ricercatori.
"La forma dall'ombreggiatura richiede che le immagini che stai utilizzando siano perfettamente allineate tra loro in modo che una caratteristica di un'immagine sia esattamente nello stesso posto in un'altra immagine per costruire quegli strati di informazioni, ma gli strumenti attuali non lo sono in un luogo in cui puoi semplicemente fornirgli un sacco di immagini e otterrà un prodotto perfetto", ha affermato Boatwright.
"Abbiamo implementato un algoritmo di allineamento delle immagini in cui seleziona le caratteristiche di un'immagine e cerca di trovare quelle stesse caratteristiche nell'altra e poi le allinea, in modo da non dover stare lì a tracciare manualmente i punti di interesse su più immagini, il che richiede molte ore e potenza cerebrale."
I ricercatori hanno anche implementato algoritmi di controllo qualità e filtri aggiuntivi per ridurre i valori anomali del processo di allineamento, strumenti per garantire che le immagini allineate corrispondano effettivamente e rimuovere anche le immagini che non si allineano. Selezionando solo le immagini che risultano utilizzabili, ciò migliora la qualità e riduce la precisione fino a risoluzioni submetriche. La velocità consente inoltre di esaminare superfici più ampie, aumentando la produzione di queste mappe.
I ricercatori hanno valutato l’accuratezza delle loro mappe confrontandole con altri modelli topografici esistenti, cercando discrepanze o errori nelle caratteristiche della superficie lunare. Hanno scoperto che le mappe generate utilizzando il loro metodo raffinato di forma dall'ombreggiatura erano più precise rispetto a quelle derivate da tecniche tradizionali, mostrando caratteristiche e variazioni più sottili del terreno della superficie lunare.
Per lo studio, i ricercatori hanno utilizzato principalmente i dati del Lunar Orbiter Laser Altimeter e della Lunar Reconnaissance Orbiter Camera, strumenti a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA, che orbita attorno alla Luna dal 2009.
Gli scienziati intendono utilizzare il loro sofisticato software di modellazione della forma per produrre mappe lunari e sperano che anche altri lo utilizzino nei loro sforzi di modellazione. È per questo motivo che hanno utilizzato algoritmi open source per produrre lo strumento.
"Questi nuovi prodotti cartografici sono significativamente migliori di quelli che avevamo nella pianificazione dell'esplorazione durante le missioni Apollo, e miglioreranno molto la pianificazione delle missioni e il ritorno scientifico per Artemis e le missioni robotiche", ha affermato Head, professore di scienze geologiche alla Brown che ha lavorato nel programma Apollo.
I ricercatori sperano che il nuovo strumento aumenti l'attuale interesse per la scienza e l'esplorazione della luna che si sta verificando alla NASA e nelle agenzie spaziali di tutto il mondo.
"Si possono ottenere moltissime informazioni rendendo questi tipi di strumenti accessibili a tutti", ha affermato Boatwright. "È un modo egualitario di fare scienza."
