L’intelligence artificielle aide à rechercher de l’eau dans les cratères lunaires

Un groupe de scientifiques dirigé par le Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) en Allemagne a étudié 17 cratères lunaires qui ne reçoivent jamais la lumière du soleil, obtenant des images d’une netteté sans précédent grâce au logiciel d’intelligence artificielle.

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Les cratères de ce type peuvent contenir de l’eau gelée, ce qui en fait des cibles intéressantes pour les futures missions lunaires. Selon le site Web Phys, les chercheurs se sont encore plus concentrés sur des cratères relativement petits et accessibles, entourés de pentes douces.

Trois de ces cratères se trouvaient dans la zone récemment annoncée de la mission Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) de la NASA, un rover qui devrait atterrir sur la Lune en 2023.

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Les 17 cratères et dépressions récemment étudiés sont situés près du pôle Sud de la Lune. Ils mesurent de 0,18 à 54 kilomètres carrés. Image : MPS /Université d’Oxford/Centre de recherche Ames de la NASA/FDL/Institut SETI

Comme ces trous sont ombragés de façon permanente, il est difficile d’obtenir de bonnes images et les efforts déployés jusqu’à présent se sont appuyés sur des temps d’exposition longs, ce qui a entraîné des taches et une résolution plus faible.

Dans la nouvelle étude, tirant parti de la lumière du soleil réfléchie dans les collines voisines et d’une nouvelle méthode de traitement, les chercheurs ont maintenant produit des images entre 1 et 2 mètres par pixel, ce qui est égal ou très proche des caméras de la meilleure capacité du marché.

La basse température des cratères lunaires pourrait favoriser la présence d’eau gelée

On sait que la Lune est un désert froid et sec. Contrairement à la Terre, elle n’est pas entourée d’une atmosphère protectrice et l’eau qui existait lors de sa formation s’est depuis longtemps évaporée sous l’influence du rayonnement solaire, s’échappant dans l’espace.

Cependant, les cratères et les dépressions dans les régions polaires donnent des raisons d’espérer des ressources en eau limitées. Les scientifiques du MPS, en partenariat avec des chercheurs de l’Université d’Oxford et du centre de recherche Ames de la NASA, ont maintenant pu examiner de plus près certaines de ces régions.

« Près des pôles lunaires nord et sud, la lumière incidente du soleil pénètre dans les cratères et les dépressions sous un angle très faible, et certains de ses sols ne sont jamais touchés », a déclaré le scientifique Valentin Bickel, premier auteur du nouvel article publié dans Nature Communications.

En cette « nuit éternelle », les températures de certains endroits sont si froides que l’eau gelée devrait avoir duré des millions d’années. Les impacts de comètes ou d’astéroïdes auraient pu le libérer. D’autres hypothèses sont que l’eau aurait pu être libérée par des éruptions volcaniques ou formée par l’interaction de la surface avec le vent solaire.

Mesures de flux de neutrons et de rayonnements de ces régions. Le satellite d’observation et de détection du cratère lunaire LCROSS de la NASA a fourni une preuve directe : il y a douze ans, la sonde a tiré un projectile dans le cratère sur le pôle sud ombragé Cabeus. Comme l’a montré une analyse plus approfondie, le nuage de poussière émis dans l’espace contenait une quantité considérable d’eau.

Les régions obscures en permanence ne présentent pas seulement un intérêt scientifique. Si les humains passent de longues périodes sur notre satellite naturel, l’eau sera une ressource précieuse, et les cratères ombragés et les dépressions seront une destination importante.

L’intelligence artificielle permet d’obtenir des images silencieuses

Alors que le rover VIPER explorera la région du pôle Sud en 2023, il entrera dans ces cratères. Pour obtenir une image précise de votre topographie et de votre géologie à l’avance, à des fins de planification de mission, des images de sondes spatiales sont indispensables. Le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA fournit ces images depuis 2009, mais avec quelques difficultés de précision.

Un cratère encore sans nom dans la région polaire méridionale de la Lune, situé sur le plateau de Leibnitz, à proximité de la zone de mission ciblée du rover VIPER de la NASA. L’image de gauche montre une photo prise par le LRO. L’intérieur du cratère y est à peine visible. Le deuxième quadrant montre la même image, après avoir été traitée avec l’algorithme d’apprentissage automatique HORUS. Crédit : Gauche : Nasa/LROC /GSFC /ASU ; Droite : MPS/Université d’Oxford/Centre de recherche Ames de la NASA/Institut FDL/SETI

« Lorsque le vaisseau spatial est en mouvement, les images LRO sont complètement floues pendant les longs temps d’exposition », explique Ben Moseley, de l’Université d’Oxford, co-auteur de l’étude.

À des temps d’exposition courts, la résolution spatiale est bien meilleure. Cependant, en raison de la faible quantité de lumière disponible, ces images sont dominées par le bruit, ce qui rend difficile la distinction des caractéristiques géologiques réelles.

Pour résoudre ces problèmes, les scientifiques ont développé un algorithme d’apprentissage automatique appelé Hyper-Effective Noise Removal U-net Software — HORUS (quelque chose comme le logiciel de suppression de bruit hyperefficace U-net, en traduction gratuite).

HORUS « nettoie » ces images compromises. Il utilise plus de 70 000 images d’étalonnage LRO prises du côté obscur de la Lune, ainsi que des informations sur la température de la caméra et la trajectoire du vaisseau spatial pour distinguer les structures de l’image qui sont « polluantes » et celles qui sont réelles.

De cette façon, les chercheurs peuvent atteindre une résolution environ cinq à dix fois supérieure à la résolution de toutes les images précédemment disponibles.

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Avec cette méthode, ils ont pu réévaluer les images de cratères ombragés de la région lunaire du pôle sud, qui de quelques mètres de diamètre pouvant être discernables beaucoup plus clairement qu’auparavant. Ces structures comprennent de très petits rochers ou cratères, que l’on trouve sur toute la surface lunaire. Parce que la Lune n’a pas d’atmosphère, de très petites météorites tombent à plusieurs reprises à sa surface et créent ces mini-cratères.

« Grâce aux nouvelles images HORUS, il est désormais possible de mieux comprendre la géologie des régions ombragées de la Lune », explique Moseley.

Le logiciel permet de distinguer ce qui est réel de ce qui n’est rien d’autre que des imperfections sur les images

Par exemple, le nombre et la forme des petits cratères fournissent des informations sur l’âge et la composition de la surface. Il facilite également l’identification des obstacles et des dangers potentiels pour les rovers ou les astronautes.

Dans l’un des cratères étudiés, situé sur le plateau de Leibnitz, les chercheurs ont découvert un mini-cratère incroyablement brillant. « Sa couleur brillante peut indiquer que ce cratère est relativement jeune », explique Bickel. Les chercheurs pensent que parce que cette cicatrice récente permet une vue assez dégagée des couches profondes, cet emplacement pourrait être une cible intéressante pour de futures missions.

En ce qui concerne spécifiquement l’eau, les nouvelles images ne fournissent aucune preuve d’eau gelée à la surface, comme des points lumineux. « Certaines des régions que nous voulons sont peut-être un peu trop chaudes », spécule Bickel.

Il est probable que l’eau lunaire n’existe pas sous la forme d’un dépôt clairement visible à la surface. Au lieu de cela, elle pourrait être mélangée à de la régolite et de la poussière, ou être cachée sous terre.

Pour résoudre ce mystère et d’autres problèmes, l’étape suivante consiste à utiliser HORUS pour étudier autant de régions ombrées que possible. « Dans les recherches actuelles, nous voulions vous montrer ce que notre algorithme peut faire. Maintenant, nous voulons l’appliquer le plus largement possible », déclare Bickel.