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Modelos digitales de paisajes se enfocan en la superficie marciana

Modelos digitales de paisajes se enfocan en la superficie marciana

Fotógraf@/ MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images
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Estamos de plácemes porque esta columna de ingeniería esta cumpliendo 10 años de publicaciones semanales ininterrumpidamente. 

Representaciones realistas a escala de paisajes de otros mundos, creadas por un equipo del Laboratorio Planetario y Lunar de la Universidad de Arizona (UArizona), ayudan a sentar las bases para las misiones de exploración de Marte en curso y futuras. Este es el tema que se describe en un artículo publicado por Comunicación Universitaria de la Universidad de Arizona (UA) el 25 de octubre de 2023 en el boletín digital UArizona News, escrito por Penny Duran, becaria de redacción científica de la NASA Space Grant, y traducido por nosotros para este espacio. Veamos de qué se trata….

Imagínese usted volando sobre un cañón escarpado en otro mundo, atado a un ala delta imaginaria. O quizá mejor, una vista aérea de los cráteres que se extienden por millas y siguiendo los mismos caminos que los rovers robóticos que han explorado la superficie de Marte. Todo esto es posible –virtualmente– gracias a especialistas del Laboratorio Lunar y Planetario de la UArizona.

Un equipo del Laboratorio Lunar y Planetario ha creado modelos realistas del terreno de la superficie de Marte utilizando software especializado e imágenes de alta resolución tomadas desde el espacio. Conocidas como modelos digitales del paisaje o terreno (DTM, por sus siglas en inglés), estas representaciones permiten a los planificadores de misiones extraterrestres examinar los lugares donde aterrizarán los módulos de aterrizaje y rovers, así como explorar rutas a través del terreno alienígena, sentando las bases para campañas de exploración en curso y futuras de Marte.

La creación de un DTM se inicia con imágenes de alta resolución tomadas con el Experimento Científico de Imágenes de Alta Resolución (HiRISE por sus siglas en inglés), un instrumento de cámara controlado por la UArizona a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA (MRO por sus siglas en inglés), que ha capturado vistas detalladas de la superficie del planeta rojo desde 2006.

HiRISE, a diferencia de una cámara digital comercial, no toma "instantáneas" de una escena, sino que se basa en un método llamado fotografía de barrido. A medida que el orbitador pasa sobre Marte, la cámara realiza un escaneo prolongado y produce imágenes que se utilizan para crear los DTMs, que son mapas topográficos y capturan la forma de las superficies planetarias.

"Se necesita mucho tiempo para crear un DTM", dice el coordinador de extensión de HiRISE, Ari Espinoza, "por lo que el hecho de que hayamos podido producirlos en cantidades tan altas subraya el valor que HIRISE todavía tiene, especialmente porque nadie más está fabricando tales imágenes de alta resolución del terreno de Marte."

HiRISE puede tener una resolución de objetos tan pequeños como un metro cuadrado, aproximadamente del tamaño de una mesa de café. Por lo tanto, HiRISE puede revelar posibles inconvenientes y obstáculos en paisajes que pueden parecer engañosamente fáciles de navegar cuando se ven desde la distancia. La gran cantidad de DTMs que se han generado en la UArizona se han convertido en un recurso muy solicitado que se utiliza para examinar los cambios en la geología de Marte, encontrar sitios de aterrizaje seguros y navegar por las rutas de los rovers.

Para cada DTM son necesarias dos imágenes de la misma zona. HiRISE captura cada imagen en una órbita separada y en un ángulo diferente, y la combinación de las imágenes da como resultado el llamado par estéreo.

Esencialmente, el conjunto de imágenes que componen un par estéreo imita el ojo izquierdo y el ojo derecho, creando una sensación de profundidad, explica la científica de HiRISE y líder del DTM, Sarah Sutton.

"Cuando miras las imágenes con lentes especiales, como los lentes rojos y azules que suelen regalarse en las ferias científicas, tu cerebro puede crear una imagen en 3D", afirma.

Luego, los pares estéreo se utilizan para producir los DTMs, un proceso intensivo que implica un componente de codificación, el examen de las imágenes reales tomadas por HiRISE y la edición de los DTMs.

El programa se lanzó en 2008 y Sutton fue la única productora de DTM. Gracias a un equipo en crecimiento que incluye estudiantes trabajadores, el esfuerzo está en camino de completar más de 150 solo este año, un récord. En septiembre se cumplió un hito importante cuando el número total de DTMs superó la marca de 1,000.

"La producción se ha vuelto mucho más rápida porque tenemos una mejor orientación de los pares estéreo, más automatización en nuestro proceso y estamos refinando continuamente nuestros métodos", dice Sutton.

La edición requiere especialmente mucho trabajo práctico. Por ejemplo, diferencias marcadas en la iluminación, como una sombra oscura que cubre un lado de un cráter, pueden causar errores que deben ser evaluados por un par de ojos humanos.

"En tales casos, la computadora no registra lo que realmente hay en la superficie, por lo que inventa cosas que tenemos que corregir manualmente", dice Branden Gosse, un recién graduado de la UA que ahora trabaja como técnico de investigación para HiRISE.

Durante los repetidos pasos de HiRISE sobre la misma zona, a veces es testigo de cambios en la superficie marciana que proporcionan valiosas pistas científicas sobre procesos dinámicos, explica Sutton.

"Podemos observar cambios estacionales en la capa de escarcha o dunas que se mueven por la tierra", dice. "Esto sólo es posible con los DTMs, ya que corrigen las diferencias debidas a que las imágenes individuales se toman desde perspectivas ópticas ligeramente diferentes".

Además de representar los cambios en la superficie, los DTM ayudan a los exploradores de Marte a navegar por terrenos que podrían ser peligrosos. Si bien las rocas pequeñas y afiladas son demasiado pequeñas para que los DTM las resuelvan, pueden mostrar de manera efectiva dunas de arena peligrosas en las que las ruedas del rover pueden atascarse. En colaboración con las cámaras a bordo de los rovers, los DTM pueden incluso permitir la navegación casi en tiempo real de las rutas de los rovers.

 

Hacer tangible la ciencia espacial

 

Las hazañas logradas a través de los DTMs han sido posibles gracias a las decenas de estudiantes de UArizona que los han producido a lo largo de los años, culminando en 1,000 DTM creados a partir de un conjunto de casi 8,000 imágenes de pares estéreo. Aunque la producción de DTM tiene una curva de aprendizaje pronunciada, los beneficios son inmensos y la ciencia planetaria se vuelve más tangible, según Sutton.

"La producción DTM ofrece a los estudiantes la oportunidad de ver cómo funciona realmente la ciencia espacial fuera del aula", afirma.

Al mismo tiempo, el equipo de HiRISE aprende de las nuevas perspectivas de los estudiantes y los estudiantes aprenden a trabajar con el software, según Max Cabrera, un estudiante trabajador con especialización en física y astronomía.

"El semestre pasado, había una superposición en la que usaba las técnicas de producción DTM en clase y viceversa", dice. "Hubo este agradable intercambio que me ayudó a perfeccionar mi habilidad para codificar".

Incluso con una larga historia en su haber, los DTM cubren un porcentaje muy pequeño de la superficie de Marte (menos del 1 o 2 por ciento), lo que resalta el alcance de las contribuciones que HiRISE puede seguir haciendo mientras dure el hardware. Con estudiantes y científicos trabajando arduamente en el laboratorio del DTM, los mapas topográficos seguramente asegurarán el éxito de las misiones a Marte y posiblemente incluso la exploración espacial humana en un futuro no muy lejano.

Según Alfred McEwen, investigador principal de la misión, "los DTM son fundamentales para encontrar futuros lugares de aterrizaje para humanos o robots, así como para controlar la seguridad y lo que sucede en la superficie".

"Los investigadores de otras lunas y planetas desearían tener algo como HiRISE y el MRO orbitando su campo de estudio", dice McEwen. "Las imágenes de alta resolución son muy deseadas prácticamente en cualquier lugar donde haya una superficie sólida".

Además de HiRISE, McEwen se desempeña como investigador principal adjunto del Europa Imaging System, o EIS, en la nave espacial Europa Clipper de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para el próximo año. Al igual que los sobrevuelos sobre la superficie de Marte, la misión Clipper implicará estudiar la luna Europa de Júpiter, la sexta luna más grande del sistema solar, durante una serie de sobrevuelos.

"A medida que la nave espacial orbita Júpiter y se acerca a Europa, esperamos obtener el mismo tipo de imágenes asombrosamente hermosas de este mundo helado que obtenemos de Marte con HiRISE", dice McEwen.

 

Fuente: https://news.arizona.edu/story/digital-terrain-models-zero-martian-surface

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