Dijital arazi modelleri Mars yüzeyine odaklanıyor

Hayali bir yelken kanata bağlanmış halde, başka bir dünyadaki engebeli bir kanyonun üzerinde süzülen resim. Veya kuş bakışı görmek Mars yüzeyini keşfeden robot gezicilerle aynı yolları takip eden ve kilometrelerce uzanan kraterlerden oluşan bir yapı. Bunların hepsi Arizona Üniversitesi’nin Ay ve Gezegen Laboratuvarı’ndaki uzmanlar sayesinde neredeyse mümkün.

Ay ve Gezegen Laboratuvarı’ndaki bir ekip, özel yazılım ve uzaydan alınan yüksek çözünürlüklü görüntüleri kullanarak Mars yüzeyinin gerçekçi arazi modellerini oluşturdu. Dijital arazi modelleri veya DTM’ler olarak bilinen bu görüntüler, görev planlayıcılarının iniş araçları ve geziciler için iniş alanlarını incelemesine ve uzaylı arazisindeki keşif rotalarını incelemesine olanak tanıyarak devam eden ve gelecekteki Mars keşif kampanyaları için zemin hazırlıyor.

Bir DTM oluşturmak, Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleme Bilimi Deneyi veya NASA’nın Mars Keşif Yörüngesi veya 2006’dan bu yana kızıl gezegenin yüzeyinin ayrıntılı görüntülerini yakalayan MRO’da bulunan UArizona liderliğindeki bir kamera cihazı olan HiRISE ile alınan yüksek çözünürlüklü görüntülerle başlar.

Tüketici sınıfı dijital kameralardan farklı olarak HiRISE, bir sahnenin “anlık fotoğraflarını” çekmez; bunun yerine, itmeli süpürge fotoğrafçılığı adı verilen bir yönteme dayanır. Yörünge aracı Mars’ın üzerinden geçerken, kamera uzun bir tarama yaparak topografya haritaları olan ve gezegen yüzeylerinin şeklini yakalayan DTM’leri oluşturmak için kullanılan resimler üretiyor.

HiRISE sosyal yardım koordinatörü Ari Espinoza, “DTM’lerin yapımı uzun zaman alıyor” diyor, “bu yüzden onları bu kadar yüksek sayılara çıkarabildiğimiz gerçeği, HIRISE’in hala sahip olduğu değeri vurguluyor – özellikle de başka hiç kimse böyle bir şey yapmadığı için Mars’ın arazisinin yüksek çözünürlüklü görüntüleri.”

HiRISE, bir metre kadar küçük, yaklaşık bir sehpa büyüklüğündeki nesneleri çözebilir. Böylece HiRISE, uzaktan bakıldığında yanıltıcı derecede kolay görünebilecek manzaralardaki potansiyel engelleri ve engelleri ortaya çıkarabilir. UArizona’nın çok miktardaki DTM’leri, onları Mars’ın jeolojisindeki değişiklikleri incelemek, güvenli iniş alanları bulmak ve gezici rotalarda gezinmek için kullanılan aranan bir kaynak haline getirdi.

Her DTM için aynı alanın iki görüntüsü gereklidir. HiRISE, her görüntüyü ayrı bir yörüngede ve farklı bir açıda yakalar ve görüntülerin birleştirilmesi, stereo çift olarak adlandırılan bir sonuçla sonuçlanır.

HiRISE bilim insanı ve DTM lideri Sarah Sutton, esas olarak, bir stereo çifti oluşturan görüntü setinin sol ve sağ gözü taklit ederek bir derinlik hissi yarattığını açıklıyor.

“Görüntülere bilim fuarlarında sıklıkla dağıtılan kırmızı-mavi gözlükler gibi özel gözlüklerle baktığınızda beyninizin 3 boyutlu bir görüntü oluşturmasına olanak tanıyor” diyor.

Stereo çiftler daha sonra DTM’leri üretmek için kullanılır; bu, bir kodlama bileşenini, HiRISE tarafından çekilen gerçek görüntülerin incelenmesini ve DTM’lerin düzenlenmesini içeren yoğun bir süreçtir.

Program, Sutton’un DTM’lerin tek üreticisi olmasıyla 2008 yılında başlatıldı. Öğrenci çalışanlardan oluşan büyüyen bir ekip sayesinde, yalnızca bu yıl için 150’den fazlasının tamamlanması yönündeki çabalar devam ediyor; bu bir rekor. Eylül ayı, toplam DTM sayısının 1.000 sınırını geçmesiyle önemli bir dönüm noktasının tamamlandığını gördü.

Sutton, “Üretim çok daha hızlı hale geldi çünkü stereo çiftleri daha iyi hedefleyebiliyoruz, sürecimizde daha fazla otomasyona sahibiz ve yöntemlerimizi sürekli olarak geliştiriyoruz” diyor.

Düzenleme özellikle çok fazla uygulamalı çalışma gerektirir. Örneğin, bir kraterin bir tarafını kaplayan koyu bir gölge gibi ışıklandırmadaki keskin farklılıklar, insan gözü tarafından değerlendirilmesi gereken hatalara neden olabilir.

UA’den yeni mezun olan ve şu anda HiRISE için araştırma teknisyeni olarak çalışan Branden Gosse, “Böyle durumlarda, bilgisayar gerçekte yüzeyde olanı kaydetmiyor ve bu nedenle manuel olarak düzeltmemiz gereken şeyler uyduruyor” diyor.

Sutton, HiRISE’ın aynı alan üzerinden tekrarlanan geçişleri sırasında bazen Mars yüzeyinde dinamik süreçler hakkında değerli bilimsel ipuçları sağlayan değişikliklere tanık olduğunu açıklıyor.

“Don örtüsündeki mevsimsel değişiklikleri veya arazi boyunca hareket eden kum tepelerini gözlemleyebiliriz” diyor. “Bu yalnızca DTM’lerle mümkün, çünkü ayrı ayrı görüntülerin biraz farklı optik perspektiflerden alınmasından kaynaklanan farklılıkları düzeltiyorlar.”

DTM’ler, yüzey değişikliklerini tasvir etmenin yanı sıra, Mars gezicilerinin tehlikeli olabilecek arazilerde gezinmesine de yardımcı oluyor. Küçük, keskin kayalar DTM’lerin çözemeyeceği kadar küçük olsa da, gezici tekerleklerin sıkışabileceği tehlikeli kum tepelerini etkili bir şekilde görüntüleyebilirler. Gezici araçlardaki kameralarla işbirliği içinde DTM’ler, gezici rotaların neredeyse gerçek zamanlı navigasyonunu bile etkinleştirebilir.

Uzay bilimini somut hale getirmek

DTM’ler aracılığıyla elde edilen başarılar, yıllar içinde bunları üreten UArizona öğrencilerinin puanları sayesinde mümkün hale geldi ve neredeyse 8.000 stereo çift görüntüden oluşan bir havuzdan yapılan 1.000 DTM elde edildi. Sutton’a göre DTM üretiminin zorlu bir öğrenme eğrisi olmasına rağmen faydaları çok büyük ve gezegen bilimi daha somut hale geliyor.

“DTM prodüksiyonu öğrencilere uzay biliminin sınıf dışında gerçekten nasıl çalıştığını görme fırsatı veriyor” diyor.

Fizik ve astronomi alanında çalışan bir öğrenci olan Max Cabrera’ya göre HiRISE ekibi eş zamanlı olarak öğrencilerin yeni bakış açılarından öğreniyor ve öğrenciler de yazılımla nasıl çalışacaklarını öğreniyorlar.

“Geçen dönem, DTM üretimindeki teknikleri sınıfta kullanacağım ve bunun tersi de geçerli olacak bir örtüşme yaşandı” diyor. “Kodlama konusunda becerilerimi geliştirmeme yardımcı olan güzel bir gidiş-geliş vardı.”

Uzun bir geçmişe sahip olsalar bile, DTM’ler Mars yüzeyinin çok küçük bir yüzdesini kapsıyor (%1 veya %2’den az) ve bu da HiRISE’ın donanım dayandığı sürece yapmaya devam edebileceği katkıların boyutunu vurguluyor. Öğrenciler ve bilim insanları DTM laboratuvarında sıkı bir şekilde çalışırken, topografya haritaları Mars görevlerinin başarısını ve hatta çok uzak olmayan bir gelecekte muhtemelen insanlı uzay araştırmalarının başarısını güvence altına alacak.

Misyonun baş araştırmacısı Alfred McEwen’e göre, “DTM’ler insanlar veya robotlar için gelecekteki iniş alanlarını bulmanın yanı sıra güvenliği ve yüzeyde olup bitenleri izlemek açısından da kritik öneme sahip.”

McEwen, “Diğer ay ve gezegen araştırmacıları HiRISE ve MRO gibi bir şeyin kendi çalışma alanlarının yörüngesinde olmasını isterler” diyor. “Yüksek çözünürlüklü görüntüler, sağlam bir yüzeye sahip olduğunuz hemen hemen her yerde oldukça arzu edilir.”

McEwen, HiRISE’ın yanı sıra, önümüzdeki yıl fırlatılması planlanan NASA’nın Europa Clipper uzay aracındaki Europa Imaging System (EIS) için baş araştırmacı yardımcısı olarak görev yapıyor. Clipper misyonu, Mars yüzeyindeki uçuşlara benzer şekilde, bir dizi uçuş sırasında Jüpiter’in, güneş sistemindeki altıncı en büyük uydu olan uydusu Europa’nın incelenmesini içerecek.

McEwen, “Uzay aracı Jüpiter’in yörüngesinde dönerken ve Europa’ya yakın geçişler yaparken, HiRISE ile Mars’ta yaptığımız gibi bu buzlu dünyanın da aynı türden şaşırtıcı derecede güzel fotoğraflarını çekmeyi umuyoruz” diyor.