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Las regiones polares de la Luna albergan cráteres y otras depresiones que nunca reciben luz solar. Hoy, un grupo de investigadores dirigido por el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS), en Alemania, presenta las imágenes de mayor resolución obtenidas hasta la fecha de 17 de estos cráteres. Los cráteres de este tipo podrían contener agua congelada, lo que los convierte en objetivos atractivos para futuras misiones lunares, y los investigadores se centraron además en cráteres relativamente pequeños y accesibles rodeados de suaves pendientes. De hecho, tres de los cráteres han resultado estar dentro de la zona de misión recién anunciada del Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) de la NASA, que está previsto que aterrice en la Luna en 2023. La obtención de imágenes del interior de los cráteres permanentemente ensombrecidos es difícil, y los esfuerzos realizados hasta ahora se han basado en largos tiempos de exposición que dan lugar a manchas y a una menor resolución. Aprovechando el reflejo de la luz solar en las colinas cercanas y un novedoso método de procesamiento de imágenes, los investigadores han conseguido imágenes de 1 a 2 metros por píxel, lo que se acerca a la mejor capacidad de las cámaras.
La Luna es un desierto frío y seco. A diferencia de la Tierra, no está rodeada de una atmósfera protectora y el agua que existía durante la formación de la Luna hace tiempo que se evaporó bajo la influencia de la radiación solar y escapó al espacio. No obstante, los cráteres y las depresiones de las regiones polares permiten albergar la esperanza de que los recursos hídricos sean limitados. Científicos del MPS, la Universidad de Oxford y el Centro de Investigación Ames de la NASA han examinado ahora de cerca algunas de estas regiones.
"Cerca de los polos norte y sur lunares, la luz solar incidente entra en los cráteres y depresiones en un ángulo muy poco profundo y nunca llega a algunos de sus suelos", explica el científico del MPS Valentin Bickel, primer autor del nuevo artículo en Nature Communications. En esta "noche eterna", las temperaturas en algunos lugares son tan frías que se espera que el agua congelada haya durado millones de años. Los impactos de cometas o asteroides podrían haberla traído, o podría haber sido desgasificada por erupciones volcánicas, o haberse formado por la interacción de la superficie con el viento solar. Las mediciones del flujo de neutrones y de la radiación infrarroja obtenidas por las sondas espaciales en los últimos años indican la presencia de agua en estas regiones. Finalmente, el Satélite de Observación y Detección de Cráteres Lunares (LCROSS) de la NASA aportó una prueba directa: hace doce años, la sonda disparó un proyectil contra el cráter Cabeus, situado en el polo sur y en sombra. Como demostraron los análisis posteriores, la nube de polvo emitida al espacio contenía una cantidad considerable de agua.
Sin embargo, las regiones permanentemente ensombrecidas no sólo tienen interés científico. Si el ser humano llega a pasar largos periodos de tiempo en la Luna, el agua natural será un recurso valioso, y los cráteres y depresiones sombreados serán un destino importante. El rover VIPER de la NASA, por ejemplo, explorará la región del Polo Sur en 2023 y entrará en esos cráteres. Para obtener una imagen precisa de su topografía y geología con antelación -para planificar la misión, por ejemplo-, las imágenes de las sondas espaciales son indispensables. La sonda Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA lleva proporcionando estas imágenes desde 2009.
Sin embargo, capturar imágenes en la profunda oscuridad de las regiones permanentemente ensombrecidas es excepcionalmente difícil; después de todo, las únicas fuentes de luz son la luz dispersa, como la que se refleja en la Tierra y la topografía circundante, y la débil luz de las estrellas. "Debido a que la nave espacial está en movimiento, las imágenes de la LRO son completamente borrosas en tiempos de exposición largos", explica Ben Moseley, de la Universidad de Oxford, coautor del estudio. Con tiempos de exposición cortos, la resolución espacial es mucho mejor. Sin embargo, debido a la escasa cantidad de luz disponible, estas imágenes están dominadas por el ruido, lo que hace difícil distinguir los rasgos geológicos reales.
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| Un cráter aún sin nombre en la región polar sur de la Luna. Está situado en la meseta de Leibnitz, muy cerca de la zona de misión del Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) de la NASA. La imagen de la izquierda muestra una fotografía tomada por el Lunar Reconnaissance Orbiter. El interior del cráter casi no es visible. La imagen de la derecha muestra la misma imagen después de ser procesada con el algoritmo de aprendizaje automático HORUS. Crédito: Izquierda: NASA/LROC/GSFC/ASU; Derecha: MPS/Universidad de Oxford/Centro de Investigación Ames de la NASA/FDL/Instituto SETI |
Para solucionar este problema, los investigadores han desarrollado un algoritmo de aprendizaje automático llamado HORUS (Hyper-effective nOise Removal U-net Software) que "limpia" esas imágenes ruidosas. Utiliza más de 70.000 imágenes de calibración de LRO tomadas en la cara oculta de la Luna, así como información sobre la temperatura de la cámara y la trayectoria de la nave, para distinguir qué estructuras de la imagen son artefactos y cuáles son reales. De este modo, los investigadores pueden conseguir una resolución de unos 1-2 metros por píxel, que es de cinco a diez veces mayor que la resolución de todas las imágenes disponibles anteriormente.
Utilizando este método, los investigadores han reevaluado ahora las imágenes de 17 regiones sombreadas de la región del polo sur lunar que miden entre 0,18 y 54 kilómetros cuadrados. En las imágenes resultantes, se pueden distinguir con mucha más claridad que antes pequeñas estructuras geológicas de pocos metros de diámetro. Estas estructuras incluyen cantos rodados o cráteres muy pequeños, que pueden encontrarse en cualquier lugar de la superficie lunar. Como la Luna no tiene atmósfera, meteoritos muy pequeños caen repetidamente sobre su superficie y crean estos minicráteres.
"Con la ayuda de las nuevas imágenes de HORUS, ahora es posible comprender la geología de las regiones lunares en sombra mucho mejor que antes", explica Moseley. Por ejemplo, el número y la forma de los pequeños cráteres proporcionan información sobre la edad y la composición de la superficie. También facilita la identificación de posibles obstáculos y peligros para los rovers o los astronautas. En uno de los cráteres estudiados, situado en la meseta de Leibnitz, los investigadores descubrieron un minicráter sorprendentemente brillante. "Su color comparativamente brillante puede indicar que este cráter es relativamente joven", dice Bickel. Dado que una cicatriz tan reciente proporciona una visión bastante libre de las capas más profundas, este lugar podría ser un objetivo interesante para futuras misiones, sugieren los investigadores.
Las nuevas imágenes no aportan pruebas de la existencia de agua congelada en la superficie, como manchas brillantes. "Algunas de las regiones a las que hemos apuntado podrían estar ligeramente demasiado calientes", especula Bickel. Es probable que el agua lunar no exista como un depósito claramente visible en la superficie en su lugar, podría estar entremezclada con el regolito y el polvo, o podría estar oculta bajo tierra.
Para abordar esta y otras cuestiones, el siguiente paso de los investigadores es utilizar HORUS para estudiar el mayor número posible de regiones en sombra. "En la publicación actual, queríamos mostrar lo que puede hacer nuestro algoritmo. Ahora queremos aplicarlo de la forma más exhaustiva posible", dice Bickel.
Fuentes, créditos y referencias:
V. T. Bickel et al, Peering into lunar permanently shadowed regions with deep learning, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25882-z
Imágen: Los 17 cráteres y depresiones recientemente estudiados se encuentran cerca del Polo Sur. Mientras que la más pequeña de estas regiones (región 11) tiene un tamaño de sólo 0,18 kilómetros cuadrados, la más grande (región 9) mide 54 kilómetros cuadrados. La región 9 no se encuentra en la sección de la región polar sur que se muestra aquí, sino un poco más al norte, en la cuenca de Schrödinger. Las representaciones de la superficie lunar que se muestran aquí se basan en los datos del altímetro del Lunar Reconnaissance Orbiter. Crédito: MPS/Universidad de Oxford/Centro de Investigación Ames de la NASA/FDL/Instituto SETI