AI幫月球數(shù)“麻子”：從嫦娥圖像中新發(fā)現(xiàn)10萬多個撞擊坑

　　嫦娥五號攜著月壤凱旋，她的前輩嫦娥一號和嫦娥二號留下的數(shù)據(jù)同樣是座富礦，不斷被科學(xué)家們挖掘出新的價值。

　　12月22日，由中國月球探測工程首席科學(xué)家歐陽自遠和國家天文臺副臺長研究員李春來領(lǐng)銜的研究團隊在《自然-通訊》（Nature Communications）上發(fā)表論文，報告了一項利用一種遷移學(xué)習(xí)策略來識別月球的撞擊坑，成功從嫦娥一號和嫦娥二號數(shù)據(jù)中識別出之前未識別的逾10萬個撞擊坑。

　　新新舊舊，坑坑洼洼

　　眾所周知，月亮是個“麻子臉”。月球表面的這些坑坑洼洼由天體撞擊形成，跨越了五個月球地質(zhì)時期長達40億年的時光，是記錄月球演化和太陽系歷史的化石。

　　自1919年以來，經(jīng)國際天文學(xué)聯(lián)合會（IAU）確認的共有9137個撞擊坑，其中1675個的年齡由月球和行星研究所（LPI）收集，成為了該項研究的訓(xùn)練數(shù)據(jù)來源。

　　要統(tǒng)計這些撞擊坑，不管是人工識別還是自動識別都各有局限性，這導(dǎo)致兩邊統(tǒng)計來的數(shù)據(jù)對不上號。月球上的撞擊坑分布情況月球上的撞擊坑分布情況

　　一般來說，經(jīng)過大量已標注樣本訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能快速準確地識別出比較簡單的撞擊坑，但很難發(fā)現(xiàn)不規(guī)則或退化的撞擊坑。然而，這些不太容易辨認的撞擊坑可能比較古老，是重要的歷史記錄。

　　地層覆蓋關(guān)系是判斷撞擊坑相對年齡的基礎(chǔ)方法，其次，邊緣和階梯清晰度、邊緣紋理、隕石坑形狀、隕石坑壁和疊加隕石坑等因素也能反映撞擊坑形態(tài)的退化情況和新鮮程度。光學(xué)成熟度（OMAT）則能基于月壤暴露于空間的改性情況做出判斷，適用于大型射線坑。

　　撞擊坑的絕對年齡則需由返回樣本的放射測齡和撞擊坑累積尺寸頻率分布分析決定。常規(guī)工具很難用單一類型數(shù)據(jù)對撞擊坑進行識別和年齡鑒別。

　　嫦娥前輩采集的圖像

　　作為“嫦娥”系列的前鋒，嫦娥一號是中國探月計劃中的第一顆繞月人造衛(wèi)星，于2007年10月在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，獲取了包含兩極的精細“全月球三維影像”。完成使命后，它于2009年3月1日撞擊月球表面預(yù)定地點。

　　嫦娥二號原為嫦娥一號的備份星，也是中國探月工程二期的技術(shù)先導(dǎo)星，于2010年10月發(fā)射升空。它獲取了分辨率優(yōu)于10米的月球表面三維影像，為后續(xù)著陸區(qū)優(yōu)選提供依據(jù)。

　　這兩“姐妹”提供了不同空間分辨率的豐富圖像數(shù)據(jù)，例如120米和7米的DOM（數(shù)字正射影像圖），還有500米和7米的DEM（數(shù)字高程模型）。

　　其中，DOM數(shù)據(jù)可以反映撞擊坑形態(tài)特征，而DEM數(shù)據(jù)可以反映地形信息。利用嫦娥圖像數(shù)據(jù)對月球撞擊坑進行識別和測齡利用嫦娥圖像數(shù)據(jù)對月球撞擊坑進行識別和測齡遷移學(xué)習(xí)是一種機器學(xué)習(xí)的前沿方法，能在訓(xùn)練樣本不那么充足的情況下，用之前獲得的知識解決下一個問題。研究團隊先用7895個已知的撞擊坑和1411個已知年齡的撞擊坑數(shù)據(jù)訓(xùn)練出了一個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

　　他們把這個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遷移到嫦娥一號和嫦娥二號飛行器采集的月球中低緯區(qū)域（緯度-65°至65°）圖像中，識別出了109956個新的撞擊坑，這比一開始識別的數(shù)量要多出十幾倍。

　　接著，針對那些直徑大于8千米的撞擊坑，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還估算出了其中18996個撞擊坑的年齡。研究人員根據(jù)以上結(jié)果建立了一個新的月球中低緯區(qū)域撞擊坑數(shù)據(jù)庫，并將相關(guān)分析數(shù)據(jù)與行星科學(xué)界共享。

　　該團隊認為，他們的方法調(diào)整后可用于太陽系的其他天體，并有望比人工分析方法提取更多信息。（記者 虞涵棋）

　　轉(zhuǎn)自：澎湃新聞

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