據(jù)外媒報(bào)道，月球是一片寒冷干燥的沙漠。跟地球不同的是，月球周圍沒有一層保護(hù)性的大氣層，在月球形成時(shí)就存在的水在太陽輻射的影響下蒸發(fā)了很久并逃逸到了太空中。然而，極地地區(qū)的環(huán)形山和洼地讓人們有理由希望水資源是有限的。

來自MPS、牛津大學(xué)和NASA艾姆斯研究中心的科學(xué)家們現(xiàn)在對(duì)其中一些地區(qū)進(jìn)行了更近距離的觀察。

“在月球南極和北極附近，入射的陽光以非常淺的角度進(jìn)入環(huán)形山和洼地，永遠(yuǎn)達(dá)不到它們的一些地面，”這一研究的論文第一作者M(jìn)PS科學(xué)家Valentin Bickel說道。在這個(gè)“永恒的夜晚”，一些地方的溫度是非常低低，以至于冰凍的水預(yù)計(jì)已經(jīng)持續(xù)了數(shù)百萬年--可能是彗星或小行星的撞擊造成，也可能是火山爆發(fā)釋放的氣體或是表面跟太陽風(fēng)的相互作用形成。近年來空間探測器對(duì)中子通量和紅外輻射的測量表明，這些地區(qū)存在水。最終，NASA的月球隕石坑觀測和傳感衛(wèi)星(LCROSS)提供了直接的證據(jù)：12年前，探測器向陰暗的南極Cabeus環(huán)形山發(fā)射了一枚炮彈。后來的分析表明，發(fā)射到太空中的塵霧中含有大量的水。

然而永久陰影區(qū)域不僅是科學(xué)研究的熱點(diǎn)。如果人類要在月球上停留很長一段時(shí)間，自然存在的水將是一種寶貴的資源--而陰影籠罩的環(huán)形山和洼地將是一個(gè)重要的目的地。例如NASA的無人VIPER探測器將在2023年探索南極地區(qū)并進(jìn)入這些環(huán)形山。為了提前獲得精確的地形和地質(zhì)圖像，如為了任務(wù)規(guī)劃的目的，來自太空探測器的圖像是必不可少的。NASA的月球勘測軌道飛行器(LRO)自2009年以來就一直提供此類圖像。

不過在永久陰影區(qū)域的深黑暗中捕捉圖像是異常困難的，畢竟，唯一的光源是散射光。這項(xiàng)研究的論文合著者、牛津大學(xué)的Ben Moseley指出：“由于航天器處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，LRO的圖像在長時(shí)間曝光后會(huì)完全模糊?！痹谳^短的曝光時(shí)間內(nèi)，空間分辨率要好得多。然而由于光線不足，這些圖像主要是噪聲，所以很難區(qū)分真實(shí)的地質(zhì)特征。

為了解決這個(gè)問題，研究人員開發(fā)出了一種名為HORUS（全稱Hyper-effective nOise Removal U-net Software）的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，它可以“清除”這些噪聲圖像。據(jù)了解，它使用了7萬多張LRO在月球暗面拍攝的校準(zhǔn)圖像以及相機(jī)溫度和航天器軌道的信息從而區(qū)分圖像中的哪些結(jié)構(gòu)是人造的、哪些是真實(shí)的。通過這種方法，研究人員可以實(shí)現(xiàn)每像素約1-2米的分辨率，這比以前所有可用圖像的分辨率要高出5到10倍。

通過利用這種方法，研究人員現(xiàn)在重新評(píng)估了月球南極地區(qū)的17個(gè)陰影區(qū)域的圖像，這些區(qū)域的面積在0.18到54平方公里之間。在由此產(chǎn)生的圖像中，只有幾米寬的小型地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以比以前更清晰地識(shí)別出來。這些結(jié)構(gòu)包括圓石或非常小的隕石坑，它們在月球表面隨處可見。由于月球沒有大氣層，非常小的隕石不斷地落在月球表面并形成了這些微型隕石坑。

“在新HORUS圖像的幫助下，現(xiàn)在有可能比以前更好地了解月球陰影區(qū)域的地質(zhì)情況，”Moseley說道。如小隕石坑的數(shù)量和形狀提供了有關(guān)地表年齡和組成的信息。它還可以更容易地為漫游者或宇航員識(shí)別潛在的障礙和危險(xiǎn)。研究人員在Leibnitz Plateau的一個(gè)被研究的環(huán)形山中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常明亮的微型隕石坑。Bickel說道：“它相對(duì)明亮的顏色可能表明這個(gè)隕石坑相對(duì)年輕?！毖芯咳藛T表示，因?yàn)檫@樣一個(gè)新留下的疤痕可以很容易地深入到更深的層次，這個(gè)地點(diǎn)可能是未來任務(wù)的一個(gè)有趣目標(biāo)。

新圖像并沒有提供月球表面有冰凍水的證據(jù)。Bickel對(duì)此作出推測：“我們的一些目標(biāo)區(qū)域可能稍微太熱了?！痹虑虮砻娴乃芸赡芨静淮嬖冢歉L(fēng)化層和灰塵混合在一起或隱藏在地下。

為了解決這個(gè)問題和其他問題，研究人員的下一步是使用HORUS來研究盡可能多的陰影區(qū)域?！霸谀壳暗某霭嫖镏?，我們想展示我們的算法能做什么。現(xiàn)在我們想要盡可能全面地應(yīng)用它，”Bickel說道。