Terwijl NASA's OSIRIS-REx-ruimtevaartuig zich voorbereidt om in oktober een korte landing te maken en een monster te verzamelen van de asteroïde Bennu, het wetenschappelijke team van de missie, geleid door de Universiteit van Arizona, heeft nauwgezet gewerkt om de wereldkaart met de hoogste resolutie van elk planetair lichaam te maken, inclusief aarde. Het is de laatste poging in de lange geschiedenis van de universiteit op het gebied van beeldvorming en kartering van de hemel, die begon met de eerste maanlandingen.

Het team hechtte 2 aan elkaar, 155 afbeeldingen - met pixels die zich vertalen in twee vierkante inch op het oppervlak - om het Bennu Global Mosaic te creëren.

"Dit is de fijnste ruimtelijke schaal die we ooit van een planetair object in kaart hebben gebracht, " zei Daniella DellaGiustina, OSIRIS-REx hoofdwetenschapper beeldverwerking. "Het is ook ongekend in de manier waarop we het gebruikten. Typisch, wanneer NASA een landingsplaats kiest voor een aanstaande missie, ze hebben een orbiter die het oppervlak verkent lang voordat een afzonderlijke missie contact maakt met het oppervlak. Maar zonder die luxe gingen we naar Bennu. Dit paradigma om elke stap kort achter elkaar te doen is uniek en maakte het veeleisend."

Het ruimtevaartuig verzamelde de beelden op afstanden variërend van 2,2 tot 4,9 mijl boven het oppervlak van de asteroïde tussen 21 maart en 11 april, 2019. In februari is het mozaïek voltooid.

De gedetailleerde weergave van Bennu werd door het missieteam gebruikt tijdens de selectie van de primaire en back-uplocaties voor het verzamelen van monsters, genaamd Nightingale en Osprey, respectievelijk.

De volledige versie van het mozaïek is meer dan 52 gedownload, 810 keer sinds de release in februari.

Een mozaïek maken

Er zijn een aantal belangrijke criteria waaraan een bruikbare kaart van Bennu's oppervlak moet voldoen.

"Het moest minimale vervorming en goede verlichting bevatten om gevoel te krijgen voor textuur en reliëf over het oppervlak, ' zei Della Giustina.

Carina Bennett was klaar voor de taak. Ze heeft een achtergrond in fotografie, film en kunst, met een Bachelor of Arts in mediakunst en creatief schrijven van UArizona en een Master of Arts in film- en videoproductie van de University of Iowa. Ze werkte bijna 10 jaar geleden als videograaf bij University Communications aan de UArizona, terwijl ze zich tegelijkertijd inschreef voor cursussen informatica. Haar diploma informatica en de connecties die ze smeedde terwijl ze voor de universiteit werkte, brachten haar naar haar eerste baan op de OSIRIS-REx-missie. Ze is nu senior engineer in het beeldverwerkingsteam van de missie.

Om het Bennu Global Mosaic te maken, het team moest eerst beelden van het oppervlak vastleggen met behulp van het PolyCam-instrument.

"PolyCam, een van de door UArizona ontwikkelde camera's aan boord van het ruimtevaartuig, gevangen 7, 000 afbeeldingen, en ik heb die teruggebracht tot iets meer dan 2, 100, "Zei Bennett. "Ik zocht naar afbeeldingen met de beste geometrie, wat betekent de beste hoek tussen het ruimtevaartuig en het deel van de asteroïde dat we in beeld brachten en de beste hoek tussen de zon en dat gebied."

Het ruimtevaartuig maakte foto's vanuit drie vooraf bepaalde orbitale hoeken - op het noordelijk halfrond, op de evenaar en op het zuidelijk halfrond - dat zorgde ervoor dat er een duidelijk zicht was op het hele oppervlak van de asteroïde en optimaliseerde de schaduwen van Bennu's functies. Terwijl kaarten doorgaans schaduwen willen elimineren, ze waren in dit geval nodig om de oppervlaktekenmerken te laten opvallen.

"We wilden een beetje schaduw, maar niet te veel en geen rare hoeken. Het was allemaal gewoon heel nauwkeurig gepland, ' zei Bennett.

Vervolgens, een 3D-model van de asteroïde gebruiken dat is gemaakt met een programma dat de vorm afleidde op basis van meerdere fotohoeken, Bennett en haar team hebben de afbeeldingen over elkaar gelegd.

"We hebben een paar afbeeldingen gemaakt en deze handmatig gekoppeld aan locaties verspreid over het 3D-vormmodel, "zei ze. "Als ze niet perfect op een rij staan, ze lijken te wiebelen als we tussen de twee schakelen. We duwden de foto's voorzichtig op hun plaats totdat we een perfecte match kregen. Vervolgens, om de rest van de afbeeldingen te leggen, we gebruikten computeralgoritmen, die automatisch overeenkomen met oppervlaktekenmerken."

Dit is waar Bennett's achtergrond op het gebied van fotografie en grafisch ontwerp binnenkwam.

"Een ding dat ik niet kan, is Photoshop gebruiken. Als we dat zouden doen, het zou de wetenschappelijke integriteit in gevaar brengen. Mensen halen wetenschappelijke informatie uit de helderheid van de pixels, bijvoorbeeld, dus we willen de wetenschap niet wegvegen, "Zei Bennett. "In plaats daarvan, Ik moest zorgvuldig kiezen waar ik de afbeeldingen wilde verdelen. Ik sneed door dingen als schaduwen of langs kraterranden in plaats van door het midden van een rots die werd afgebeeld vanuit twee verschillende kijkhoeken. Door de topografie zorgvuldig te traceren en afbeeldingen als puzzelstukjes aan elkaar te koppelen, Ik heb de kaart veel naadlooser kunnen maken."

Het uiteindelijke wereldwijde mozaïek kan dienen als basiskaart om context te geven aan toekomstige wetenschappelijke gegevens.

"Wanneer wetenschappers spectrale (licht) gegevens verzamelen die worden gereflecteerd en uitgezonden door Bennu om de samenstelling te bepalen, het ziet eruit als kronkelende lijnen en coördinaten voor lengte- en breedtegraad, "Zei Bennett. "Dus de mogelijkheid om vervolgens naar de bijbehorende locatie en functies op de kaart te kijken, is buitengewoon nuttig bij het interpreteren van die gegevens."

Afzonderlijke afbeeldingen zijn ook niet zo nuttig als een kaart met hoge resolutie, zei Della Giustina.

"Dit kan gegevens opleveren om te ontrafelen wat voor soort wereldwijde patronen er op Bennu bestaan ​​en om context te bieden aan andere datasets, " ze zei.

Het wereldwijde mozaïek werd ook gebruikt voor een burgerwetenschappelijk project waarbij iedereen met een internetverbinding Bennu's rotsblokken in kaart kon brengen en meten, die zal bijdragen aan een wereldwijde bouldertelling.

Toekomstige mozaïeken, die zich zal concentreren op kleinere delen van de asteroïde en een hogere resolutie zal hebben, zal worden gebruikt voor navigatie van de primaire en secundaire monstersites.

Een erfenis lanceren

"De Universiteit van Arizona heeft een uitgebreide geschiedenis van het afbeelden van andere objecten in het zonnestelsel, "Zei DellaGiustina. "Al dat erfgoed kwam naar voren toen we de camera's voor de OSIRIS-REx-missie ontwierpen."

Toen president John F. Kennedy in 1961 aankondigde dat Amerikanen tegen het einde van de jaren zestig op de maan zouden lopen, een kleine groep UArizona-onderzoekers was een van de weinigen die de maan al professioneel bestudeerden.

De teamleden hebben het maanoppervlak in beeld gebracht en in kaart gebracht, waardoor ze de geologie van de maan konden begrijpen en NASA in staat stelde landingsplaatsen te kiezen voor toekomstige robot- en Apollo-missies. Gerard Kuipers, de vader van de hedendaagse planetaire wetenschap, leidde het team en richtte het Lunar and Planetary Laboratory op in UArizona, waar hij dienst deed als afdelingshoofd.

Vanaf dat moment, UArizona heeft een prominente rol gespeeld in NASA-missies die objecten in het hele zonnestelsel in kaart brachten. De Pioneer-missies van de jaren 70 brachten Jupiter en Saturnus in kaart, de Voyager-sondes maakten een paar jaar later de enige close-upbeelden van Neptunus en Uranus, en het Cassini-ruimtevaartuig maakte foto's van Saturnus terwijl de Huygens-sonde beelden van de maan Titan maakte.

De universiteit leidt ook het High-Resolution Imaging Science Experiment, of HiRISE, die prachtige foto's maakt van het oppervlak van Mars van aan boord van NASA's Mars Reconnaissance Orbiter.

De camera's aan boord van de door UArizona geleide OSIRIS-REx-missie zijn ontwikkeld aan de universiteit. Het PolyCam-instrument dat wordt gebruikt om de afbeeldingen voor het mozaïek vast te leggen, heeft een instelbare focus, in staat om Bennu in beeld te brengen van miljoenen kilometers ver tot minder dan een mijl van het oppervlak.

"Vanwege onze lange geschiedenis van het ontwikkelen van nuttige ladingen en camera's voor ruimtevluchten, we hebben ook goede software ontwikkeld om al die afbeeldingen te verwerken, " zei DellaGiustina. "Voor Bennu, vooral, we hebben gewerkt aan de oprichting - in samenwerking met Astrogeology Science Center, USGS (U.S. Geological Survey) in Flagstaff - een suite beeldverwerkingssoftware die onregelmatig gevormde objecten kan verwerken en naar kaarten kan vertalen. Kaarten projecteren meestal bolvormige objecten, maar Bennu was een unieke uitdaging omdat het diamantvormig is."

De teaminspanning omvatte het werk van ongeveer een dozijn mensen die hielpen afbeeldingen aan elkaar en aan het model van de asteroïde te koppelen, en ongeveer 10 mensen die hielpen bij het plannen van het verzamelen van beeldgegevens en het sturen van opdrachten naar de camera's aan boord van OSIRIS-REx.

"We hebben nog veel werk te doen, "Zei Bennett. "We zijn van plan om in oktober van dit jaar monsters te nemen, zoveel van ons werk is er nu voor zorgen dat we voorbereid zijn."