nasa在月球发现水意味着什么（科学家通过人工智能技术）

nasa在月球发现水意味着什么（科学家通过人工智能技术）然而，在永久阴影区域的深黑暗中捕捉图像异常困难。毕竟，唯一的光源是散射光，例如从地球和周围地形反射的光，以及微弱的星光。 “由于航天器在运动，LRO 图像在长时间曝光时完全模糊，”该研究的合著者、牛津大学的 Ben Moseley 解释说。在短曝光时间下，空间分辨率要好得多。由于可用光量很少，这些图像主要是噪声，很难区分真实的地质特征。然而，永久阴影区域不仅具有科学意义。如果人类要在月球上待更长的时间，自然形成的水将是一种宝贵的资源——阴影的陨石坑和洼地将是一个重要的目的地。例如，美国宇航局的无人驾驶 VIPER 漫游车将在 2023 年探索南极地区并进入此类陨石坑。为了提前获得准确的地形和地质图像——例如，出于任务规划的目的——来自太空探测器的图像是必不可少的。自 2009 年以来，美国宇航局的月球勘测轨道飞行器 (LRO) 一直在提供此类图像。月球的极地地区是陨石坑和其他从不接受阳光照

2021年9月23日权威期刊《自然通讯》刊登了科学家利用人工智能技术，发现了月球上含有冰水的最新研究成果。

位于月球南极附近的17 个新研究的陨石坑和洼地的高清照

上图是位于南极附近17 个新研究的陨石坑和洼地。 这些区域中最小的区域（区域 11）只有 0.18 平方公里，但最大的区域（区域 9）有 54 平方公里。 区域 9 并不位于此处所示的南极地区部分，而是在更远的北方，在薛定谔盆地。 此处显示的月球表面表示基于来自月球勘测轨道飞行器的高度计数据。

永久阴影的月球陨石坑中含有冰水，但其成像非常困难。现在科学家通过机器学习算法，可提供更加清晰的图像。

月球的极地地区是陨石坑和其他从不接受阳光照射洼地的所在地。今天，由德国马克斯普朗克太阳系研究所 (MPS) 领导的一组研究人员展示了迄今为止覆盖 17 个此类陨石坑的最高分辨率图像。这种类型的陨石坑可能含有冻结的水，使它们成为未来月球任务的有吸引力的目标，研究人员进一步关注被缓坡环绕的相对较小且易于接近的陨石坑。事实上，其中有三个陨石坑位于NASA刚刚宣布的挥发性物质调查极地探索漫游车 (VIPER) 任务区域内，该探测器计划于 2023 年登陆月球。对永久阴影陨石坑的内部进行成像非常困难，迄今为止主要采用长时间曝光方法，但会导致拖尾和分辨率降低。通过利用附近山丘的反射光和一种新颖的图像处理方法，研究人员现在已经以每像素1-2米的速度生成图像，这已达到或非常接近相机的最佳性能。

月球是一个寒冷且干燥的沙漠地带。 与地球不同，它没有被保护性的大气层包围，月球形成期间存在的水在太阳辐射的影响下早已蒸发并逃逸到太空中。 然而，在极地地区的火山口和洼地，让人们有理由对月球存在有限的水资源抱有希望。 来自 MPS、牛津大学和 NASA 艾姆斯研究中心的科学家们，现在正对其中的一些区域进行仔细研究。

MPS 科学家 Valentin Bickel在《自然通讯》发表了最新研究成果，他解释“在月球的北极和南极附近，入射的阳光以非常浅的角度照射陨石坑和洼地，永远不会到达其地面”。在这个“永夜”中，一些地方的气温是如此之低，以至于冰冻的水预计会持续数百万年。彗星或小行星的撞击可能导致冰块融化，或者它可能被火山喷发释放出来，或者由地表与太阳风的相互作用形成。近年来，空间探测器对中子通量和红外辐射的测量表明，这些区域存在水。最终，美国宇航局的月球陨石坑观测和传感卫星 (LCROSS) 提供了直接证据：12年前，探测器向阴暗的南极陨石坑 Cabeus 发射了一枚射弹。后来的分析表明，排放到太空中的尘埃云含有大量的水。

然而，永久阴影区域不仅具有科学意义。如果人类要在月球上待更长的时间，自然形成的水将是一种宝贵的资源——阴影的陨石坑和洼地将是一个重要的目的地。例如，美国宇航局的无人驾驶 VIPER 漫游车将在 2023 年探索南极地区并进入此类陨石坑。为了提前获得准确的地形和地质图像——例如，出于任务规划的目的——来自太空探测器的图像是必不可少的。自 2009 年以来，美国宇航局的月球勘测轨道飞行器 (LRO) 一直在提供此类图像。

然而，在永久阴影区域的深黑暗中捕捉图像异常困难。毕竟，唯一的光源是散射光，例如从地球和周围地形反射的光，以及微弱的星光。 “由于航天器在运动，LRO 图像在长时间曝光时完全模糊，”该研究的合著者、牛津大学的 Ben Moseley 解释说。在短曝光时间下，空间分辨率要好得多。由于可用光量很少，这些图像主要是噪声，很难区分真实的地质特征。

月球南极地区一个尚未命名的陨石坑

上图为月球南极地区一个尚未命名的陨石坑，它位于莱布尼茨高原，紧邻 NASA 挥发性物质调查极地探索漫游车 (VIPER) 的目标任务区。 左图显示了月球勘测轨道飞行器拍摄的照片。 火山口内部几乎不可见。 右图显示了经过 HORUS 机器学习算法处理后的相同图像。

为了解决这个问题，研究人员开发了一种名为 HORUS（超有效噪声去除 U-net 软件）的机器学习算法，可以“清理”这些嘈杂的图像。它使用在月球暗面拍摄的 70 000 多张 LRO 校准图像以及有关相机温度和航天器轨迹的信息来区分图像中的哪些结构是伪影，哪些是真实的。通过这种方式，研究人员可以实现每像素约 1-2 米的分辨率，这比之前所有可用图像的分辨率高出五到十倍。

使用这种方法，研究人员现在重新评估了月球南极地区 17 个阴影区域的图像，这些区域的大小在 0.18 到 54 平方公里之间。在生成的图像中，可以比以前更清楚地辨别出只有几米宽的小型地质结构。这些结构包括巨石或非常小的陨石坑，在月球表面随处可见。由于月球没有大气层，非常小的陨石会反复落到月球表面并形成这样的小陨石坑。

采用HORUS 图像方法获得永久阴影区域图像

“借助新的 HORUS 图像，现在可以比以前更好地了解月球阴影区域的地质情况，”莫斯利解释说。例如，小陨石坑的数量和形状提供了有关表面年龄和组成的信息。它还可以更轻松地识别漫游者或宇航员的潜在障碍和危险。在位于莱布尼茨高原的一个研究陨石坑中，研究人员发现了一个非常明亮的迷你陨石坑。 “它相对明亮的颜色可能表明这个陨石坑相对年轻，”比克尔说。研究人员建议，因为这样一个新的疤痕提供了对更深层的相当畅通无阻的洞察力，这个站点可能是未来任务的一个有趣目标。

使用 HORUS 方法对个小的永久阴影区域进行探测

新图像没有提供表面冻结水的证据，例如亮斑。 “我们瞄准的一些地区可能有点太暖和了，”比克尔推测。月球水很可能根本不作为表面清晰可见的沉积物存在，相反它可能与风化层和灰尘混合，或者可能隐藏在地下。

为了解决这个问题和其他问题，研究人员的下一步是使用 HORUS 研究尽可能多的阴影区域。在最新发表的研究成果展示新算法可以做什么，如何尽可能全面地应用这种新的技术。

参考文献： “Peering into lunar permanently shadowed regions with deep learning” by V. T. Bickel B. Moseley I. Lopez-Francos and M. Shirley 23 September 2021 Nature Communications.