新技术提供更精确的月球表面地图

布朗大学研究人员的一项新研究可能有助于重新定义科学家绘制月球表面地图的方式，使这一过程比以往更加简化和精确。

布朗大学学者本杰明·博特赖特和詹姆斯·海德的研究发表在《行星科学杂志》上，描述了一种名为“阴影形状”的测绘技术的改进。该技术用于创建月球地形的详细模型，勾勒出陨石坑、山脊、斜坡和其他表面障碍。通过分析光线照射月球不同表面的方式，研究人员可以从二维图像的合成图中估计物体或表面的三维形状。

精确的地图可以帮助月球任务规划者确定安全的着陆点和科学感兴趣的区域，从而使任务操作更加顺利和成功。

布朗大学地球、环境和行星科学系博士后研究员、新论文的主要作者Boatwright表示：“它帮助我们更好地了解那里到底有什么。我们需要了解月球表面光照较少的地方的地形，比如NASA的阿尔特弥斯任务瞄准的月球南极阴影区域。”

“这将使自主着陆软件能够导航并避开可能危及任务的危险，例如大岩石和巨石。因此，你需要以尽可能高的分辨率绘制表面地形的模型，因为细节越多越好。”

然而，开发精确地图的过程需要大量劳动力，而且在复杂的光照条件、不准确的阴影解释和处理地形变化方面存在局限性。布朗大学的研究人员对阴影形状技术的改进重点是解决这些问题。

学者们在研究中概述了如何使用先进的计算机算法来自动化大部分过程并显著提高模型的分辨率。研究人员表示，新软件为月球科学家提供了工具，可以以更快的速度绘制更大的月球表面地图，其中包含更精细的细节。

“从阴影中获取形状需要你使用的图像彼此完美对齐，以便一幅图像中的特征与另一幅图像中的位置完全相同，从而构建这些信息层，但目前的工具还不能让你只输入一堆图像，它就能生成完美的产品，”Boatwright说。

“我们实现了一种图像对齐算法，它可以在一张图像中选出一些特征，并尝试在另一张图像中找到相同的特征，然后将它们排列起来，这样你就不必坐在那里手动追踪多张图像中的兴趣点，这需要花费大量的时间和脑力。”

研究人员还实施了质量控制算法和附加过滤器，以减少对齐过程中的异常值——这些工具可确保对齐的图像真正匹配，并删除对齐不充分的图像。通过仅选择最终可用的图像，这可以提高质量并将精度降低到亚米级分辨率。速度还允许检查更大的表面区域，从而增加这些地图的产量。

研究人员通过与其他现有地形模型进行比较来评估地图的准确性，寻找月球表面特征的差异或错误。他们发现，使用改进的阴影形状法生成的地图比传统技术生成的地图更精确，显示出月球表面地形的更多细微特征和变化。

在这项研究中，研究人员主要使用了月球轨道器激光高度计和月球勘测轨道器相机的数据，这两款仪器都搭载在美国宇航局的月球勘测轨道器上，自2009年以来一直在绕月运行。

科学家们计划使用他们改进的阴影形状软件来制作月球地图，他们希望其他人也能在建模工作中使用它。这就是他们使用开源算法来制作该工具的原因。

曾参与阿波罗计划的布朗大学地质科学教授海德说：“这些新地图产品比我们在阿波罗任务期间的探索规划中所使用的产品要好得多，它们将极大地改善阿尔忒弥斯和机器人任务的任务规划和科学回报。”

研究人员希望，新工具能够激发美国宇航局和世界各地航天机构对月球科学和探索的兴趣。

“通过让所有人都能使用这些工具，我们可以获得大量信息，”博特赖特说。“这是一种平等的科学研究方式。”