Tecnologia Científica

A inteligência artificial fornece imagens mais nítidas de crateras lunares que contêm gelo de água
A lua é um deserto frio e seco. Ao contrário da Terra, ela não é cercada por uma atmosfera protetora e a água que existia durante a formação da lua há muito evaporou sob a influência da radiação solar e escapou para o espaço
Por Max Planck Society - 24/09/2021


As 17 crateras e depressões recentemente estudadas estão localizadas perto do Polo Sul. Enquanto a menor dessas regiões (região 11) tem um tamanho de apenas 0,18 quilômetros quadrados, a maior (região 9) mede 54 quilômetros quadrados. A região 9 não está localizada na seção da região polar sul mostrada aqui, mas um pouco mais ao norte, na Bacia de Schrödinger. As representações da superfície lunar mostradas aqui são baseadas em dados de altímetro do Lunar Reconnaissance Orbiter. Crédito: MPS / Universidade de Oxford / NASA Ames Research Center / FDL / SETI Institute

As regiões polares da lua são o lar de crateras e outras depressões que nunca recebem luz solar. Hoje, um grupo de pesquisadores liderado pelo Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar (MPS), na Alemanha, apresenta as imagens de maior resolução até hoje cobrindo 17 dessas crateras. Crateras desse tipo podem conter água congelada, tornando-as alvos atraentes para futuras missões lunares, e os pesquisadores se concentraram ainda mais em crateras relativamente pequenas e acessíveis cercadas por encostas suaves. Na verdade, três das crateras ficaram dentro da recém-anunciada área da missão do Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) da NASA, que está programado para pousar na Lua em 2023. A imagem do interior das crateras permanentemente sombreadas é difícil, e os esforços até agora têm contado com longos tempos de exposição, resultando em manchas e resolução mais baixa. Aproveitando a luz do sol refletida nas colinas próximas e um novo método de processamento de imagem, os pesquisadores agora produziram imagens a 1–2 metros por pixel, o que é igual ou muito próximo da melhor capacidade das câmeras.

A lua é um deserto frio e seco. Ao contrário da Terra, ela não é cercada por uma atmosfera protetora e a água que existia durante a formação da lua há muito evaporou sob a influência da radiação solar e escapou para o espaço. No entanto, crateras e depressões nas regiões polares dão alguma razão para ter esperança de recursos hídricos limitados. Cientistas do MPS, da Universidade de Oxford e do Centro de Pesquisa Ames da NASA agora examinaram mais de perto algumas dessas regiões.

"Perto dos polos lunar norte e sul, a luz solar incidente entra nas crateras e depressões em um ângulo muito raso e nunca atinge alguns de seus andares", disse o cientista Valentin Bickel, primeiro autor do novo artigo na Nature Communications, explica. Nesta "noite eterna", as temperaturas em alguns lugares são tão frias que se espera que a água congelada tenha durado milhões de anos. Impactos de cometas ou asteróides poderiam tê-lo liberado, ou poderia ter sido liberado por erupções vulcânicas ou formado pela interação da superfície com o vento solar. Medidas de fluxo de nêutrons e radiação infravermelha obtidas por sondas espaciais nos últimos anos indicam a presença de água nessas regiões. Eventualmente, o satélite de observação e detecção da cratera lunar da NASA (LCROSS) forneceu uma prova direta: doze anos atrás, a sonda disparou um projétil na cratera do polo sul sombreada Cabeus. Como uma análise posterior mostrou, a nuvem de poeira emitida para o espaço continha uma quantidade considerável de água.

No entanto, as regiões permanentemente sombreadas não são apenas de interesse científico. Se os humanos algum dia passarem longos períodos de tempo na lua, a água que ocorre naturalmente será um recurso valioso - e crateras sombreadas e depressões serão um destino importante. O rover VIPER da NASA, por exemplo, vai explorar a região do Pólo Sul em 2023 e entrar nessas crateras. Para obter uma imagem precisa de sua topografia e geologia com antecedência - para fins de planejamento de missão, por exemplo - imagens de sondas espaciais são indispensáveis. O Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) da NASA fornece essas imagens desde 2009.
 
No entanto, capturar imagens na escuridão profunda de regiões permanentemente sombreadas é excepcionalmente difícil; afinal, as únicas fontes de luz são a luz espalhada, como a que reflete na Terra e a topografia circundante, e a tênue luz das estrelas. "Como a espaçonave está em movimento, as imagens do LRO ficam completamente borradas em longos tempos de exposição", explica Ben Moseley, da Universidade de Oxford, coautor do estudo. Em tempos de exposição curtos, a resolução espacial é muito melhor. No entanto, devido à pequena quantidade de luz disponível, essas imagens são dominadas por ruído, tornando difícil distinguir características geológicas reais.

Uma cratera ainda sem nome na região polar sul da lua. Ele está localizado no planalto
de Leibnitz, nas proximidades da área de missão-alvo do Volatiles Investigating Polar
Exploration Rover (VIPER) da NASA. A imagem à esquerda mostra uma foto tirada pelo
Lunar Reconnaissance Orbiter. O interior da cratera quase não é visível. A imagem
certa mostra a mesma imagem depois de ser processada com o algoritmo de
aprendizado de máquina HORUS. Crédito: Esquerda: NASA / LROC /
GSFC / ASU; À direita: MPS / Universidade de Oxford / NASA
Ames Research Center / FDL / SETI Institute

Para resolver este problema, os pesquisadores desenvolveram um algoritmo de aprendizado de máquina chamado HORUS (Hyper-effective nOise Removal U-net Software) que "limpa" essas imagens barulhentas. Ele usa mais de 70.000 imagens de calibração LRO obtidas no lado escuro da lua, bem como informações sobre a temperatura da câmera e a trajetória da espaçonave para distinguir quais estruturas na imagem são artefatos e quais são reais. Dessa forma, os pesquisadores podem alcançar uma resolução de cerca de 1–2 metros por pixel, que é cinco a dez vezes maior do que a resolução de todas as imagens disponíveis anteriormente.

Usando este método, os pesquisadores agora reavaliaram imagens de 17 regiões sombreadas da região do pólo sul lunar, que medem entre 0,18 e 54 quilômetros quadrados de tamanho. Nas imagens resultantes, pequenas estruturas geológicas com apenas alguns metros de diâmetro podem ser discernidas com muito mais clareza do que antes. Essas estruturas incluem rochas ou crateras muito pequenas, que podem ser encontradas em toda a superfície lunar. Como a lua não tem atmosfera, meteoritos muito pequenos caem repetidamente em sua superfície e criam essas minicrateras.

"Com a ajuda das novas imagens do HORUS, agora é possível entender a geologia das regiões sombreadas lunares muito melhor do que antes", explica Moseley. Por exemplo, o número e a forma das pequenas crateras fornecem informações sobre a idade e a composição da superfície. Também torna mais fácil identificar possíveis obstáculos e perigos para rovers ou astronautas. Em uma das crateras estudadas, localizada no Leibnitz Plateau, os pesquisadores descobriram uma minicratera incrivelmente brilhante. "Sua cor comparativamente brilhante pode indicar que esta cratera é relativamente jovem", diz Bickel. Como essa cicatriz recente fornece uma visão bastante desimpedida das camadas mais profundas, este local pode ser um alvo interessante para missões futuras, sugerem os pesquisadores.

As novas imagens não fornecem evidências de água congelada na superfície, como manchas brilhantes. “Algumas das regiões que almejamos podem ser um pouco quentes demais”, especula Bickel. É provável que a água lunar não exista como um depósito claramente visível na superfície - em vez disso, ela poderia estar misturada com o regolito e a poeira, ou pode estar escondida no subsolo.

Para resolver esta e outras questões, o próximo passo dos pesquisadores é usar o HORUS para estudar o maior número possível de regiões sombreadas. "Na publicação atual, queríamos mostrar o que nosso algoritmo pode fazer. Agora, queremos aplicá-lo da forma mais abrangente possível", diz Bickel.

 

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