Воздушный змей, оснащенный стандартными приборами, такими как камера, GPS и датчики ориентации, сканирует местность с высоты птичьего полета. Затем команда использует параллельные вычисления и мощные программные алгоритмы для объединения десятков тысяч изображений в чрезвычайно подробные и точные трехмерные цифровые модели местности.По словам исследователей, с точки зрения изучения вулканических ландшафтов этот проект беспрецедентен по своему масштабу и качеству получаемых данных с пространственным разрешением примерно полдюйма на пиксель. Они представят свои результаты и методологию на 46-й конференции по лунным и планетарным наукам, которая состоится 16-20 марта в Вудлендсе, штат Техас.
Информация, полученная с помощью этих моделей местности, используется для интерпретации изображений поверхности Марса, снятых камерой HiRISE на борту орбитального аппарата NASA Mars Reconnaissance Orbiter, который с 2006 года исследует Марс с помощью шести инструментов. HiRISE, возглавляемый UA, означает Научный эксперимент по визуализации высокого разрешения и позволил выявить невиданные ранее детали поверхности Марса.
«Идея состоит в том, чтобы понять места, куда мы не можем попасть, проанализировав места, куда мы можем пойти», — сказал Кристофер Гамильтон, главный исследователь исследовательской группы, который присоединился к LPL в 2014 году для создания исследовательской группы наземных аналогов. Гамильтон изучает вулканические поверхности на Марсе, чтобы понять тепловую историю красной планеты, другими словами, как внутренние процессы планеты проявляются на поверхности.
«Мы можем использовать геологически молодые и свободные от растительности элементы поверхности здесь, на Земле, такие как потоки лавы на Гавайях, в качестве земных аналогов, которые могут дать нам представление о процессах, которые формируют другие планеты», — добавил он. «Вместо того, чтобы просто сказать:« эта функция похожа на X », мы пытаемся разработать диагностику, которая поможет нам распознать фактические процессы, которые привели к формированию определенной функции».Группа Гамильтона выбрала вулкан Килауэа на острове Гавайи в качестве области исследования, «химической пустыни» с несколькими геологически очень молодыми потоками лавы, в частности потоком декабря 1974 года, который излился из вулкана в канун Нового года 1974 года за короткое время. живое извержение, которое в настоящее время доступно пешком.
Когда исследователи сравнили изображения марсианской поверхности, сделанные HiRISE, обнаружилось поразительное сходство.
«Мы думаем, что именно так на Марсе образовались большие потоки лавы, что убедительно свидетельствует о том, что они могут быть не такими, какими кажутся», — сказал Гамильтон. Например, многие объекты, которые интерпретировались как каналы, вырезанные проточной водой в прошлом красной планеты, с большей вероятностью являются результатом вулканического процесса, который Гамильтон описывает как «заполнение и разлив» лавы, образовавшейся при накоплении лавы. в огромных «прудах», которые прорывались, как перекрытая дамба, уступая место катастрофическим потокам лавы.«Легко делать выводы, основанные на нашей интуиции о том, как течет вода, — сказал Гамильтон, — поэтому есть соблазн интерпретировать аналогичные особенности на Марсе таким же образом.
Но на самом деле эти особенности образованы текущей лавой, а не водой».Указывая на модель ландшафта потока в декабре 1974 года, Гамильтон сказал: «Мы видим, что в некоторых областях поверхность разбита на плиты и то, что внешне выглядит как каналы, вырезанные проточной водой.
Однако оказалось, что они не вырезаны на поверхности. все, а скорее являются результатом сложного паттерна движений лавы в потоке ".Гамильтон объяснил, что сначала жидкая лава заполнила пространство между скалами от более старых лавовых низов, как большая ванна, а когда расположенный лавовый пруд прорвался, лава хлынула вперед, заставляя пластины охлажденной лавы на поверхности разваливаться на части, а свежая лава вытекать. снизу вверх. Когда пластины плыли к стоку, они смялись.
Цифровые модели местности даже показали «кольцо ванны», образовавшееся, когда лава заполнила бассейн.«Вопрос, который движет нами, заключается в том,« как мы можем собрать такого рода данные для ландшафтов Марса и решить, является ли объект вулканическим или речным, сформированным водой, и позволить нам развить историю? », — сказал Гамильтон, -« Одна текстура поверхности ничего не говорит вам, если вы не видите способ комбинирования строительных блоков, таких как плитки, составляющие узор мозаики.
Взаимосвязи между текстурами позволяют вам, где смотреть и что искать."Стивен Шейдт, научный сотрудник LPL, изучающий процессы строительства дюн, спроектировал и построил систему воздушных змеев для картографирования местности, которая использовалась для проекта на Гавайях. Чтобы получить изображения, он запустил роботизированную камеру, прикрепленную к воздушному змею с треугольным крылом с размахом крыльев 11 футов против ветра, и направил его, умело натягивая веревку.
Это включало в себя проведение нескольких дней, пересекая зазубренные образования лавы пешком, стараясь, чтобы воздушный змей не утащил вас, все время внимательно наблюдая, чтобы избежать ядовитых паров, доносящихся из вулканического жерла.«Воздушный змей довольно устойчив в воздухе, и, в зависимости от ветра, колеблется из стороны в сторону только на пять-десять градусов или около того», — пояснил Шайдт. «Это небольшое движение дает нам достаточный параллакс или разницу в углах обзора, чтобы программное обеспечение могло рассчитать трехмерную модель местности».
Гамильтон объяснил, что хотя метод, называемый многооконной стереофотограмметрии, создает изображения, которые выглядят как аэрофотоснимки, сделанные с самолета, на самом деле это не фотографии, это мозаики изображений, проецируемые на цифровые модели местности.«Воздушный змей делает снимок каждые две секунды, создавая до десятков тысяч фотографий участка», — сказал Шайдт. «Затем программа удаляет любые искажения и сшивает эти изображения вместе, чтобы создать виртуальное представление ландшафта, которое вы никогда бы не получили в противном случае».
Этот процесс, называемый ортотрансформированием, требует огромных вычислительных мощностей и по-прежнему занимает недели для рендеринга модели местности. Конечный результат может похвастаться достаточно высоким разрешением, чтобы ясно показать следы на песке, покрывающем поток лавы.
«Наш подход показывает, как сочетание наземных наблюдений и воздушной перспективы может помочь нам расшифровать геологическую историю Земли и Марса», — сказал Гамильтон.