Интеллект заглядывает в тень

Космическая гонка в освоении Луны набирает темп. Грандиозные планы построения обитаемых баз (см. «Химию и жизнь», 2021, 9), требуют решить насущную задачу – найти или добыть воду. На освещенной поверхности она быстро испаряется, но ученые давно предполагают, что в виде льда вода может существовать вблизи лунных полюсов. Предположения подтверждают спектры инфракрасного диапазона с полосами воды, полученные несколькими американскими лунными экспедициями. Об этом же косвенно свидетельствуют данные о нейтронных потоках с поверхности Луны. Ближайшая практическая задача исследователей состоит в том, чтобы максимально подробно систематизировать и уточнить данные об областях полюсов – автономный ровер НАСА прибудет в 2023 году и обследует некоторые кратеры Южного полюса.

В связи с этим международная группа астрофизиков под руководством доктора Валентина Бикеля из Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка решила улучшить снимки кратеров в приполярных областях с помощью искусственного интеллекта. За исходные исследователи взяли данные американской орбитальной станции LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), которая с 2009 года исправно поставляет изображения лунной поверхности. При непрямом освещении в углубления кратеров приходит слабый свет, рассеянный на неровностях окружающего рельефа, отраженный Землей солнечный свет и слабый свет звезд. Поэтому чтобы сделать фотографии орбитальным телескопом, приходится использовать длительную экспозицию. В результате смазываются детали изображения и снижается разрешение.

Исследователи создали новый метод обработки фотографий на основе ИИ. Они разработали алгоритм машинного обучения и откалибровали его на семидесяти тысячах орбитальных снимках обратной стороны Луны. ИИ повысил разрешение снимков в пять раз. В результате удалось улучшить снимки семнадцати небольших пологих приполярных кратеров с площадями от 0,18 до 54 квадратных километров.

Масштаб пикселя изображений в один метр впервые позволил уверенно различить в кратерах такие детали рельефа, как углубления, выступы и валуны размерами в несколько метров. Три из изученных кратеров лежат на маршруте ровера. Ученым удалось не только обнаружить возможные препятствия на его пути, но и найти новый, очень светлый и, по-видимому, свежий кратер.

Изображения не подтвердили существования наледей, но это не отменяет существования льда в смеси с пылью. Бикель говорит, что первая публикация призвана продемонстрировать возможности алгоритма, который применим к снимкам из самых разных областей знания. Команда планирует обработать своим ИИ максимально большое число снимков затененных кратеров.

(Nature Communications, т. 12, № 1, 2021, полный текст)