Ny metode til kortlægning af månens overflade forbedrer præcisionen til hidtil uset niveau

Et projekt fra Iris Fernandes, tidligere Ph.d. studerende ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, har lavet om på den situation. Ved at studere kalkformationerne på Stevns Klint, udviklede hun en metode til at tolke skyggerne i billeder, så den præcise topografi kan ses.

Metoden er endda meget hurtigere og mindre arbejdskrævende. Resultatet er nu publiceret i Planetary and Space Science 218.

Astronauters udforskning af rummet kræver høj sikkerhed – så præcise terrænbilleder er uomgængelige

Topografien eller formen på enhver overflade skaber skygger, når sollyset rammer den. Vi kan tydeligt se skyggerne på fx billeder af Månen, men vi kender ikke højdeforskellene i terrænet.

Vi kan altså se, at topografien ændrer sig, men ikke hvor meget! Det er helt nødvendigt at kunne se selv meget små detaljer for at kunne lande sikkert med et fartøj, fx en rover. For ikke at tale om astronauters sikkerhed.

Hvis en Rover ikke kan se detaljerne, kan den sidde fast i sand eller ramme stenformationer – og at være i stand til at finde interessante geologiske formationer for at finde rige, geologiske miljøer ift. udforskning har også altid høj prioritet.

Tidligere begrænsninger i topografi-aflæsning er nu stort set fjernet

Når satellitter kredser omkring en planet, kan de tage billeder af overfladen i forholdsvis god kvalitet. Men for at opnå en vurdering af den præcise topografi, som er god nok til at lande med meget kostbare missioner og udstyr eller måske endda astronauter, er der stadig en hel del ad hoc information, som skal regnes igennem.

Metoden med at tolke på skygger i billeder eksisterede før, men den var beregningsmæssigt ineffektiv og byggede stadig på antagelser.

Den nye metode benytter en langt mere direkte og præcis beregningsmåde, den har ikke brug for, at der lægges et helt sæt af parametre ind i computeren og den kan endda beregne usikkerheder og niveauet af nøjagtigheden. ”Metoden her er hurtig, den er nøjagtig, og den behøver ikke basere sig på antagelser.

Hvis man før i tiden”, siger Iris Fernandes, ”stillede spørgsmålet om, hvor præcis vurderingen af topografien var – så var det faktisk ikke muligt at give et tilfredsstillende svar. Nu er den nøjagtige topografi afsløret og vi kan oven i købet beregne usikkerhederne”.

Videnskabelig nysgerrighed kan bringe dig overraskende steder hen

”Jeg var involveret i et projekt, hvor vi gerne ville anvende billeder fra Stevns Klint til at modellere mønstre i overfladen. Jeg præsenterede endda denne metode ved en konference i L.A.

Men skyggerne frembød et problem, for algoritmen så skyggerne som geologiske formationer. Det forårsagede en fejllæsning i modellen.

Vi var nødt til at finde måder at fjerne skyggerne på, og dermed fejlene. Jeg har altid været interesseret i planeter, og jeg vidste, at Månens overflade blev studeret. Der er ikke mange forstyrrende elementer på Månen, så den var oplagt at anvende i forsøget på at fjerne fejllæsningen.

Da vi filtrerede skyggerne væk, kunne vi se hvad skyggerne gemte på – nemlig overfladens former”, forklarer Iris Fernandes.

Eksisterende billeder frembød et nyt problem – og en ny tilgang

Da arbejdet på billeder fra Månen begyndte, viste forskellene i opløsningen på billeder og topografiske data sig at være ganske enorme. Et nyt problem, med andre ord. ”Hvordan kunne det lykkes os at kombinere forskellige datakilder i forskellige opløsninger?

Det var et kæmpestort matematisk problem – og det er i virkeligheden dét, studiet handler om. Det er præcis her, at tidligere forskning på området havde mødt en stopklods.

Dét, vi gjorde anderledes end de tidligere forsøg på at overkomme problemet, var at vi fokuserede på matematikken og indsnævrede problemet til en udfordrende, matematisk ligning.

Helt grundlæggende ville vi se, om denne ligning kunne løse problemerne. Og det gjorde den”, smiler Iris Fernandes.

”Man kan godt beskrive det sådan, at vi, min vejleder, professor Klaus Mosegaard og jeg, fandt den matematiske nøgle til en dør, der har været låst i mange, mange år.

Vejen fremad fra nu af

Fokus ligger nu på at forbedre metoden endnu mere. Hvor end der findes tilgængelige data på stenformationer i solsystemet, såsom Månen, Mars, asteroider eller lignende, kan metoden anvendes til at opnå præcise detaljer.

Billederne, som kan anvendes til denne opgave, kan komme fra satellitter eller endda kørende fartøjer, fx rovere, som pt. er tilstede på overfladen af Mars – eller et hvilket som helst robotfartøj i fremtidige missioner.

Formålene med den nu mere korrekte, topografiske analyse kan være forbedret sikkerhed for udstyr eller astronauter eller at finde interessante geologiske steder. Der kan tænkes en lang række anvendelsesmuligheder, med andre ord.

”Det er en slags ’computer-syn’ vi har med at gøre”, siger Iris Fernandes. ”Når en robot har en eller anden form for maskineri, der interagerer med sine omgivelser, kan metoden hjælpe med navigation eller ’øje-hånd’ koordinering, fordi den er mindre beregningstung og dermed hurtigere.

Hvis jeg skal forestille mig noget konkret, kunne det fx være i vurderingen af småstens ’rundhed’, for at finde spor af tidligere forekomst af vand. Metoden præsenterer data i en form som er intuitivt forståelig for os mennesker – nøjagtig som stens runde form, som er meget let at fortolke for os”.

Link til den videnskabelige artikel: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S003206