De poolgebieden van de maan zijn de thuisbasis van kraters en andere depressies die nooit zonlicht ontvangen. Vandaag, een groep onderzoekers onder leiding van het Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Duitsland presenteert de beelden met de hoogste resolutie tot nu toe van 17 van dergelijke kraters. Dergelijke kraters kunnen bevroren water bevatten, waardoor ze aantrekkelijke doelen zijn voor toekomstige maanmissies, en de onderzoekers richtten zich verder op relatief kleine en toegankelijke kraters omringd door glooiende hellingen. In feite, drie van de kraters bleken te liggen in het zojuist aangekondigde missiegebied van NASA's Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), die naar verwachting in 2023 op de maan zal landen. Het is moeilijk om het binnenste van permanent beschaduwde kraters in beeld te brengen, en tot nu toe waren inspanningen gebaseerd op lange belichtingstijden, wat resulteerde in vegen en een lagere resolutie. Door gebruik te maken van gereflecteerd zonlicht van nabijgelegen heuvels en een nieuwe beeldverwerkingsmethode, de onderzoekers hebben nu afbeeldingen gemaakt van 1-2 meter per pixel, dat is op of zeer dicht bij de beste mogelijkheden van de camera's.

De maan is koud, droge woestijn. In tegenstelling tot de aarde, het is niet omgeven door een beschermende atmosfeer en het water dat bestond tijdens de vorming van de maan is al lang verdampt onder invloed van zonnestraling en ontsnapt in de ruimte. Hoe dan ook, kraters en depressies in de poolgebieden geven enige reden om te hopen op beperkte watervoorraden. Wetenschappers van MPS, de Universiteit van Oxford en het NASA Ames Research Center hebben nu enkele van deze regio's onder de loep genomen.

"In de buurt van de noord- en zuidpool van de maan, het invallende zonlicht komt de kraters en depressies in een zeer ondiepe hoek binnen en bereikt nooit enkele van hun vloeren, " MPS-wetenschapper Valentin Bickel, eerste auteur van het nieuwe artikel in Natuurcommunicatie , verklaart. In deze "eeuwige nacht, " temperaturen op sommige plaatsen zijn zo koud dat bevroren water naar verwachting miljoenen jaren heeft geduurd. Inslagen van kometen of asteroïden zouden het hebben kunnen veroorzaken, of het kan zijn ontgast door vulkaanuitbarstingen, of gevormd door de interactie van het oppervlak met de zonnewind. Metingen van neutronenflux en infraroodstraling die de afgelopen jaren door ruimtesondes zijn verkregen, wijzen op de aanwezigheid van water in deze gebieden. Eventueel, NASA's Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) leverde direct bewijs:twaalf jaar geleden, de sonde vuurde een projectiel af in de beschaduwde zuidpoolkrater Cabeus. Zoals latere analyse aantoonde, de stofwolk die de ruimte in werd gestoten, bevatte een aanzienlijke hoeveelheid water.

Echter, permanent overschaduwde regio's zijn niet alleen van wetenschappelijk belang. Als mensen ooit langere tijd op de maan zullen doorbrengen, natuurlijk voorkomend water zal een waardevolle hulpbron zijn - en beschaduwde kraters en depressies zullen een belangrijke bestemming zijn. NASA's onbemande VIPER-rover, bijvoorbeeld, zal in 2023 het Zuidpoolgebied verkennen en dergelijke kraters betreden. Om vooraf een nauwkeurig beeld te krijgen van hun topografie en geologie - voor missieplanningsdoeleinden, bijvoorbeeld - afbeeldingen van ruimtesondes zijn onmisbaar. NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) levert dergelijke beelden sinds 2009.

Echter, het vastleggen van beelden in de diepe duisternis van permanent beschaduwde gebieden is buitengewoon moeilijk; ten slotte, de enige lichtbronnen zijn verstrooid licht, zoals die weerkaatst op de aarde en de omringende topografie, en zwak sterrenlicht. "Omdat het ruimtevaartuig in beweging is, de LRO-beelden zijn volledig wazig bij lange belichtingstijden, " legt Ben Moseley van de Universiteit van Oxford uit, een co-auteur van de studie. Bij korte belichtingstijden, de ruimtelijke resolutie is veel beter. Echter, door de geringe hoeveelheid licht die beschikbaar is, deze beelden worden gedomineerd door ruis, waardoor het moeilijk is om echte geologische kenmerken te onderscheiden.

Om dit probleem aan te pakken, de onderzoekers hebben een algoritme voor machinaal leren ontwikkeld, HORUS (Hyper-effectieve nOise Removal U-net Software) genaamd, dat dergelijke afbeeldingen met ruis "opruimt". Het gebruikt meer dan 70, 000 LRO-kalibratiebeelden genomen op de donkere kant van de maan, evenals informatie over de cameratemperatuur en de baan van het ruimtevaartuig om te onderscheiden welke structuren in het beeld artefacten zijn en welke echt zijn. Op deze manier, de onderzoekers kunnen een resolutie bereiken van ongeveer 1-2 meter per pixel, die vijf tot tien keer hoger is dan de resolutie van alle eerder beschikbare afbeeldingen.

Met behulp van deze methode, de onderzoekers hebben nu beelden van 17 schaduwgebieden uit het zuidpoolgebied van de maan opnieuw geëvalueerd, die tussen 0,18 en 54 vierkante kilometer groot zijn. In de resulterende beelden, kleine geologische structuren van slechts enkele meters in doorsnee kunnen veel duidelijker worden onderscheiden dan voorheen. Deze structuren omvatten keien of zeer kleine kraters, die overal op het maanoppervlak te vinden is. Omdat de maan geen atmosfeer heeft, zeer kleine meteorieten vallen herhaaldelijk op het oppervlak en creëren zulke minikraters.

"Met behulp van de nieuwe HORUS-afbeeldingen, het is nu mogelijk om de geologie van door de maan beschaduwde gebieden veel beter te begrijpen dan voorheen, " legt Moseley uit. Bijvoorbeeld, het aantal en de vorm van de kleine kraters geven informatie over de ouderdom en samenstelling van het oppervlak. Het maakt het ook gemakkelijker om mogelijke obstakels en gevaren voor rovers of astronauten te identificeren. In een van de bestudeerde kraters, gelegen op het Leibnitz-plateau, de onderzoekers ontdekten een opvallend heldere minikrater. "De relatief heldere kleur kan erop wijzen dat deze krater relatief jong is, " zegt Bickel. Omdat zo'n vers litteken vrij ongehinderd inzicht geeft in diepere lagen, deze site zou een interessant doelwit kunnen zijn voor toekomstige missies, suggereren de onderzoekers.

De nieuwe afbeeldingen geven geen bewijs van bevroren water op het oppervlak, zoals heldere vlekken. "Sommige van de regio's waarop we ons richten, zijn misschien iets te warm, " Bickel speculeert. Het is waarschijnlijk dat maanwater helemaal niet bestaat als een duidelijk zichtbare afzetting op het oppervlak - in plaats daarvan, het kan vermengd zijn met de regoliet en stof, of kan ondergronds worden verborgen.

Om deze en andere vragen te beantwoorden, de volgende stap van de onderzoekers is om HORUS te gebruiken om zoveel mogelijk schaduwgebieden te bestuderen. "In de huidige publicatie we wilden laten zien wat ons algoritme kan doen. Nu willen we het zo uitgebreid mogelijk toepassen, ’ zegt Bikkel.