Nový způsob zpracování radarových snímků Titanu nabízí mnohem lepší pohled na jeho povrch

Americká planetární sonda Cassini má za úkol zkoumat Saturn a jeho bohatou měsíční rodinu. Nejzajímavějším z ní je bezpochyby Titan – jediný měsíc ve sluneční soustavě s plně vyvinutou atmosférou a také měsíc, na jehož povrchu se 14. ledna 2005 povedlo úspěšně přistát evropskému modulu Huygens. Zatímco modul Huygens měl za úkol proniknout mračny zahalující Titan takříkajíc přímo, tedy přistát na jeho povrchu, a tím nám poskytnout data z první ruky, sonda Cassini je určena k výzkumu měsíce z oběžné dráhy. Sonda si tak musí umět poradit s mračny skrývající před námi jeho tvář. A právě k tomuto účelu má na palubě speciální druh radaru (konkrétně radar se syntetickou aperturou) umožňující spatřit povrch měsíce i pod příkrovem atmosféry. Výsledkem radarových měření byly až do dneška většinou snímky s vysokou mírou šumu. To už ale neplatí. Na světě je totiž nová metoda jejich zpracování slibující značné zlepšení kvality.

Během posledních 10 let zmapovala sonda Cassini přes polovinu povrchu Titanu (59 % k roku 2014) s rozlišením přibližně 300 metrů na pixel, díky čemuž jsme mohli spatřit tento měsíc jako živé a dynamické těleso, na jehož povrchu dochází k řadě geologických procesů. Ať už se jedná o důkaz aktivního hydrologického cyklu, o vznik říčních koryt vyplněných tekutým metanem způsobujících erozi podloží, o vlnobití na rozlehlých jezerech, či jsme se dozvěděli o větrem vznikajících dunách. Všechny tyto objevy jsme byli schopni učinit na základě detailní znalosti reliéfu povrchu, kterou nám zprostředkoval na svých ne zcela pěkných snímcích právě radar. Radarové snímky totiž obvykle trpí značným šumem, jak se můžete přesvědčit na levém obrázku níže. Tento šum zabraňuje nejen výzkumu drobných detailů povrchu, ale i úspěšnému sledování případných změn povrchu během snímkování v čase. A právě s touto nedokonalostí se rozhodl skoncovat americko-evropský vědecký tým pod vedením Antoina Lucase, a to použitím nové metody zpracování radarových dat (jak se jim to povedlo můžete zhodnotit na obrázku vpravo).  

Srovnání dvou radarových snímků zachycují totožnou oblast na povrchu Titanu bez aplikace odstranění šumu (levý snímek) a po aplikaci (pravý snímek). Zdroj: NASA/JPL-Caltech/ASI, Public Domain.

Tato metoda je založena na kombinaci nelokálního algoritmu odstraňujícího šum za využití multiplikativního modelu šumu, což ve výsledku umožňuje detailní mapování a kvantitativní měření pozorovaných útvarů. Použití nelokálního algoritmu má tu výhodu, že odstraňuje šum a tedy vyhlazuje snímky, ale bez toho, aniž by rozrušoval struktury na nich zachycené. Výsledné snímky jsou mnohem hladší. Aplikace této metody nepřináší zlepšení jen pro 2D data, ale i pro 3D data (respektive pro digitální elevační model povrchu Titanu). Čím jsou vstupní data hladší, tím detailnější jsou totiž 3D modely, které jsme schopni získat. To nám následně umožňuje přesněji analyzovat procesy (například měřit s menší chybou) na povrchu tělesa a tím zpřesňovat naše představy o jeho vývoji.

Další příklad dvojice radarových snímků před a po aplikaci nové metody odstraňování šumu. Snímky zachycují oblast Leilah Fluctus. Zdroj: NASA/JPL-Caltech/ASI, Public Domain.

Máme tak možnost znova nahlédnout na povrch Titanu a spatřit detaily, které před námi předtím zůstávaly skryty. Obrázek výše to poměrně dobře ilustruje. Na levém si člověk jen matně představí konkrétní krajinu, na tom pravém už je to mnohem snazší… A jaké části Titanu byly již přepočteny? Na tuto otázku nabízí odpověď obrázek níže. Zachycuje zpracovaná data z průletů sondy Cassini TA až T65.

cassini

Převzato z Lucas a kolektiv (2014). Všechna práva vyhrazena.

Nicméně samotná procedura je velice náročná na výpočetní čas, takže se vědci v současnosti rozhodují, na které snímky ji použít. Zatím se používá na ty nejvíce důležité, či na ty nejvíce záhadné. A mezi ně bude určitě patřit i tento záhadný objekt (vizte snímek níže) v jezeře Ligeia Mare, který se v roce 2012 nečekaně objevil na radarovém snímku (a později zase zmizel). Zajisté je jen otázkou času, než se objeví nová studie zkoumající tento útvar s přepočtenými snímky… Třeba se o něm dozvíme více.

Trojice radarových snímků pořízených sondou Cassini jezera Ligeia Mare zachycující záhadný objevující a pak mizející objekt. Zdroj: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell, Public Domain.

Zdá se tedy, že s tímto algoritmem máme v ruce nový výkoný nástroj, jak vymáčknout z radarových snímků ještě lepší detaily, než bylo doposud možné. Schválně, k jakým dalším zajímavým objevům to povede!

 

Napsat komentář