马克斯·普朗克学会
17个新研究的陨石坑和洼地位于南极附近
而这些区域中最小的区域(区域11)的尺寸仅为0
18平方公里，最大的(9区)面积为54平方公里
区域9并不位于此处所示的南极区域，而是位于更靠北的薛定谔盆地
这里显示的月球表面图像是基于月球勘测轨道飞行器的高度计数据
学分:MPS/牛津大学/NASA艾姆斯研究中心/FDL/SETI研究所 月球的极地地区是陨石坑和其他从不接收阳光的洼地的所在地
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由平缓斜坡包围的相对较小且容易接近的陨石坑
事实上，其中三个陨石坑位于美国宇航局刚刚宣布的“挥发性物质调查极地探索漫游者”任务区内，该任务计划于2023年在月球着陆
对永久阴影环形山的内部成像是困难的，迄今为止的努力依赖于长曝光时间，导致拖尾和较低的分辨率
通过利用附近山丘反射的阳光和一种新颖的图像处理方法，研究人员现在已经产生了每像素1-2米的图像，这已经达到或非常接近相机的最佳性能
月球是一个寒冷干燥的沙漠
与地球不同，它没有被保护性的大气所包围，在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，极地地区的陨石坑和洼地让人们有理由对有限的水资源抱有希望
来自MPS、牛津大学和美国宇航局艾姆斯研究中心的科学家们现在已经对其中一些地区进行了更仔细的观察
《自然通讯》新论文的第一作者、MPS-科学家瓦伦丁·比克尔解释说:“在月球北极和南极附近，入射阳光以非常浅的角度进入陨石坑和洼地，永远不会到达它们的一些底部。”
在这个“永恒的夜晚”，一些地方的温度如此之低，以至于冰冻的水预计会持续数百万年
来自彗星或小行星的撞击可能传递了它，或者它可能是火山爆发释放的气体，或者是表面与太阳风相互作用形成的
近年来通过空间探测器获得的中子通量和红外辐射测量结果表明，这些地区存在水
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，探测器向阴影笼罩的南极陨石坑卡布斯发射了一枚射弹
正如后来的分析所显示的，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度过更长的时间，自然形成的水将是一种宝贵的资源，而阴暗的陨石坑和洼地将是一个重要的目的地
例如，美国国家航空航天局的未折叠蝰蛇漫游者将在2023年探索南极地区，并进入这样的陨石坑
为了提前获得其地形和地质的精确图像，例如为了任务规划的目的，来自空间探测器的图像是不可或缺的
美国宇航局的月球勘测轨道飞行器(LRO)自2009年以来一直提供这样的图像
然而，在永久阴影区域的黑暗深处捕捉图像异常困难；毕竟，唯一的光源是散射光，比如反射地球和周围地形的光，以及微弱的星光
该研究的合著者、牛津大学的本·莫斯利解释说:“由于航天器在运动，长时间曝光后，LRO图像完全模糊。”
在短曝光时间内，空间分辨率会好得多
然而，由于可用的光量很少，这些图像被噪声所支配，使得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
它位于莱布尼茨高原，紧邻美国宇航局“挥发性物质调查”极地探测车(VIPER)的目标任务区
左图为月球勘测轨道飞行器拍摄的照片
火山口的内部几乎看不见
右图显示了用HORUS机器学习算法处理后的相同图像
信用:左:NASA/LROC/GSFC/华硕；右:MPS/牛津大学/NASA艾姆斯研究中心/FDL/SETI研究所 为了解决这个问题，研究人员开发了一种称为HORUS(超有效噪声去除U-net软件)的机器学习算法，可以“清除”这种有噪声的图像
它使用在月球黑暗面拍摄的70，000多张LRO校准图像，以及关于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像，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，这比以前所有可用图像的分辨率高5到10倍
使用这种方法，研究人员现在已经重新评估了月球南极区域17个阴影区域的图像，测量值在0
面积分别为18和54平方公里
在得到的图像中，只有几米宽的小地质结构可以比以前看得更清楚
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，非常小的陨石反复落在月球表面，形成这样的小型陨石坑
“在新的HORUS图像的帮助下，现在有可能比以前更好地理解月球阴影区域的地质，”莫斯利解释道
例如，小陨石坑的数量和形状提供了关于表面年龄和成分的信息
这也使得探测车或宇航员更容易识别潜在的障碍和危险
在其中一个位于莱布尼茨高原的陨石坑中，研究人员发现了一个非常明亮的小型陨石坑
“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，因为这样一个新的伤疤提供了对更深层次相当不受阻碍的洞察，这个地点可能是未来任务的一个有趣的目标
新的图像没有提供表面冻结水的证据，例如明亮的斑块
“我们瞄准的一些地区可能有点太热了，”比克尔推测道
月球水很可能根本不作为表面上清晰可见的沉积物存在——相反，它可能与浮土和灰尘混合在一起，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来研究尽可能多的阴影区域
“在目前的出版物中，我们想展示我们的算法能做什么
现在我们希望尽可能全面地应用它，”比克尔说
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