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

　　嫦娥五號(hào)攜著月壤凱旋，她的前輩嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)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(jià)值。

　　12月22日，由中國(guó)月球探測(cè)工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)和國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)研究員李春來領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在《自然-通訊》（Nature Communications）上發(fā)表論文，報(bào)告了一項(xiàng)利用一種遷移學(xué)習(xí)策略來識(shí)別月球的撞擊坑，成功從嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)數(shù)據(jù)中識(shí)別出之前未識(shí)別的逾10萬個(gè)撞擊坑。

　　新新舊舊，坑坑洼洼

　　眾所周知，月亮是個(gè)“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(gè)月球地質(zhì)時(shí)期長(zhǎng)達(dá)40億年的時(shí)光，是記錄月球演化和太陽(yáng)系歷史的化石。

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

　　要統(tǒng)計(jì)這些撞擊坑，不管是人工識(shí)別還是自動(dòng)識(shí)別都各有局限性，這導(dǎo)致兩邊統(tǒng)計(jì)來的數(shù)據(jù)對(duì)不上號(hào)。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(biāo)注樣本訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能快速準(zhǔn)確地識(shí)別出比較簡(jiǎn)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(rèn)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(duì)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(duì)年齡則需由返回樣本的放射測(cè)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(duì)撞擊坑進(jìn)行識(shí)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(hào)是中國(guó)探月計(jì)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(xì)“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(diǎn)。

　　嫦娥二號(hào)原為嫦娥一號(hào)的備份星，也是中國(guó)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(duì)月球撞擊坑進(jìn)行識(shí)別和測(cè)齡利用嫦娥圖像數(shù)據(jù)對(duì)月球撞擊坑進(jìn)行識(shí)別和測(cè)齡遷移學(xué)習(xí)是一種機(jī)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(shí)解決下一個(gè)問題。研究團(tuán)隊(duì)先用7895個(gè)已知的撞擊坑和1411個(gè)已知年齡的撞擊坑數(shù)據(jù)訓(xùn)練出了一個(gè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

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

　　接著，針對(duì)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(gè)撞擊坑的年齡。研究人員根據(jù)以上結(jié)果建立了一個(gè)新的月球中低緯區(qū)域撞擊坑數(shù)據(jù)庫(kù)，并將相關(guān)分析數(shù)據(jù)與行星科學(xué)界共享。

　　該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們的方法調(diào)整后可用于太陽(yáng)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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