#Verschärfter Blick in Schatten-Krater

Die Sonne kann ihr Inneres nicht erhellen: Was verbirgt sich in den finsteren Kratern der Polregionen des Mondes? KI-Technologie ermöglicht nun klarere Abbildungen der dunklen Bereiche: Durch selbstlernende Algorithmen gelang es einem internationalen Forscherteam, bisher verschwommene Aufnahmen zu verschärfen und damit Kleinstrukturen sichtbar zu machen. Das Verfahren soll nun auf weitere Krater angewendet werden, um geologische Merkmale aufzudecken, die eine Bedeutung für künftige Mondmissionen haben könnten. Dabei stehen die dunklen Krater besonders im Fokus, da sie wahrscheinlich gefrorene Wasservorräte enthalten.

Von der Mondoberfläche gibt es bekanntlich ausgesprochen detaillierte Abbildungen. Doch bestimmte Stellen blieben bisher buchstäblich im Dunkeln: „Da das Sonnenlicht in der Nähe von Nord- und Südpol sehr flach einfällt, erreicht es den Boden einiger Krater und Senken nie“, erklärt Erstautor Valentin Bickel vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen. Für eine schwache Beleuchtung sorgt dort nur der Schimmer der Sterne sowie Streulicht. Durch lange Belichtungszeiten konnte die Sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA zwar Bilder aus den Schatten-Kratern liefern – doch sie waren weitgehend unbrauchbar: „Da die Raumsonde in Bewegung ist, sind die Aufnahmen völlig verschmiert“, erklärt Co-Autor Ben Moseley von der Universität Oxford. So ließ sich bisher kaum zwischen echten geologischen Strukturen und Rauschen unterscheiden.

Mögliche Wasserlagerstätten

Die Dunkelheit ist also ein Problem – gleichzeitig aber auch die Ursache für einen spannenden Aspekt der Krater: In der ewigen Nacht herrschen extrem tiefe Temperaturen, sodass sich dort wahrscheinlich gefrorenes Wasser halten konnte. Die Existenz solcher Lagerstätten belegte bereits eine Aktion, bei der eine Sonde aus dem All ein Projektil auf den verschatteten Südpolkrater Cabeus abfeuerte. Wie Analysen bestätigten, enthielt der dabei aufgewirbelte Staub Wasser. Die Substanz ist dabei nicht nur aus wissenschaftlicher, sondern auch aus praktischer Sicht interessant: Für bemannte Mondmissionen wären die Wasservorkommen eine wertvolle Ressource und die dunklen Krater somit ein wichtiges Ziel.

Um genauere Informationen über die Topografie und Geologie der Schatten-Krater zu gewinnen, haben sich Bickel und seine Kollegen nun der Aufgabe gewidmet, mehr Klarheit in die vorhandenen LRO-Aufnahmen zu bringen. Dazu haben sie einen selbstlernenden Computeralgorithmus entwickelt, der die verrauschten Aufnahmen schärfen kann. Um das System auf die Unterscheidung von tatsächlichen Strukturen und Verwacklungseffekten in Mondaufnahmen zu trainierten, nutzten die Wissenschaftler mehr als 70.000 LRO-Kalibrationsbilder sowie Informationen über die Kameratemperatur und die Flugbahn der Raumsonde.

Felsbrocken und Mini-Krater zeichnen sich ab

Das Training war erfolgreich: Das System verschaffte den LRO-Aufnahmen schließlich eine Auflösung von etwa ein bis zwei Metern pro Pixel. Damit haben die Wissenschaftler für fünf- bis zehnmal mehr Detailschärfe als zuvor gesorgt. Bisher haben sie die Bilder von 17 verschatteten Gebieten mit Flächen zwischen 0,18 und 54 Quadratkilometern in der Südpolregion des Mondes mit ihrem Verfahren nachgeschärft. Dadurch zeichneten sich dort geologische Strukturen von nur einigen Meter Größe ab. Dazu zählen etwa Felsbrocken oder Mini-Krater in den verschatteten Bereichen.

„Mit Hilfe der neuen Bilder ist es nun möglich, die Geologie der dunklen Gebiete besser als zuvor zu verstehen“, sagt Moseley. Anzahl und Form der Mini-Krater ermöglichen etwa Rückschlüsse auf das Alter der Oberflächenstrukturen. In einem der untersuchten Krater auf dem Leibnitz Plateau entdeckten die Wissenschaftler beispielsweise ein ungewöhnlich helles Exemplar. „Diese Färbung könnte darauf hinweisen, dass dieser Mini-Krater recht jung ist“, so Bickel. Da eine so frische Einschlagsnarbe vergleichsweise unverfälschte Einblicke in tiefere Schichten des Untergrunds ermöglicht, könnte diese Stelle ein interessantes Ziel für zukünftige Missionen sein, schlagen die Forscher vor. Darüber hinaus könnten die Einblicke in die Topografie auch einen praktischen Nutzen haben: Potenzielle Hindernisse für einen Rover oder Astronauten werden sichtbar.

Direkte Hinweise auf oberflächennahes gefrorenes Wasser konnten die neuen Ansichten allerdings nicht aufzeigen, sagen die Wissenschaftler. Wie sie erklären, kommt das Mond-Wasser wahrscheinlich nicht als gut sichtbare helle Ablagerung an der Oberfläche zum Vorschein. Vermutlich ist es stark mit Gestein und Staub vermischt oder schlummert verborgen im Untergrund. Um mehr Informationen zu den geologischen Strukturen zu sammeln, wollen die Forscher nun möglichst viele weitere verschattete Krater mit ihrem neuen Verfahren untersuchen. „In der aktuellen Veröffentlichung wollten wir zeigen, was unser Algorithmus leisten kann. Jetzt wollen wir ihn möglichst flächendeckend anwenden“, sagt Bickel abschließend.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Fachartikel: Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-021-25882-z

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