Alors que le vaisseau spatial OSIRIS-REx de la NASA se prépare à atterrir brièvement et à collecter un échantillon de l'astéroïde Bennu en octobre, l'équipe scientifique de la mission, dirigé par l'Université de l'Arizona, a travaillé méticuleusement pour créer la carte mondiale la plus haute résolution de n'importe quel corps planétaire, y compris la Terre. L'entreprise est la dernière de la longue histoire de l'université en matière d'imagerie et de cartographie célestes, qui a commencé avec les premiers alunissages.

L'équipe a cousu ensemble 2, 155 images—contenant des pixels qui se traduisent par deux pouces carrés sur la surface—pour créer la Bennu Global Mosaic.

"C'est l'échelle spatiale la plus fine que nous ayons jamais cartographiée pour un objet planétaire, " a déclaré Daniella DellaGiustina, Scientifique principal en traitement d'images OSIRIS-REx. "C'est aussi sans précédent dans la façon dont nous l'avons utilisé. Typiquement, lorsque la NASA choisit un site d'atterrissage pour une mission à venir, ils ont un orbiteur qui effectue une reconnaissance de la surface bien avant qu'une mission distincte n'entre en contact avec la surface. Mais nous sommes allés à Bennu sans ce luxe. Ce paradigme consistant à faire chaque étape en succession rapprochée est unique et rend les choses exigeantes."

Le vaisseau spatial a collecté les images à des distances allant de 2,2 à 2,9 miles au-dessus de la surface de l'astéroïde entre le 21 mars et le 11 avril. 2019. La mosaïque a été achevée en février.

La vue détaillée de Bennu a été utilisée par l'équipe de la mission lors de sa sélection des sites de prélèvement d'échantillons primaires et de sauvegarde, surnommé Rossignol et Balbuzard, respectivement.

La version grandeur nature de la mosaïque a été téléchargée plus de 52, 810 fois depuis sa sortie en février.

Faire une mosaïque

Il y a quelques critères importants qu'une carte utile de la surface de Bennu doit remplir.

"Il devait contenir une distorsion minimale et un bon éclairage pour donner un sens à la texture et au relief sur toute la surface, " a déclaré DellaGiustina.

Carina Bennett était prête à relever le défi. Elle a une formation en photographie, cinéma et art, ayant obtenu un baccalauréat ès arts en arts médiatiques et en écriture créative de l'UArizona et une maîtrise ès arts en production cinématographique et vidéo de l'Université de l'Iowa. Elle a travaillé comme vidéaste à University Communications à UArizona il y a près de 10 ans tout en s'inscrivant simultanément à des cours d'informatique. Son diplôme en informatique et les liens qu'elle a tissés alors qu'elle travaillait pour l'université l'ont amenée à son premier emploi sur la mission OSIRIS-REx. Elle est maintenant ingénieur senior au sein de l'équipe de traitement d'images de la mission.

Pour créer la mosaïque mondiale Bennu, l'équipe a d'abord dû capturer des images de la surface à l'aide de l'instrument PolyCam.

"Polycam, l'une des caméras développées par UArizona à bord du vaisseau spatial, capturé 7, 000 images, et je les ai réduits à un peu plus de 2, 100, " a déclaré Bennett. " J'ai cherché des images qui avaient la meilleure géométrie, c'est-à-dire le meilleur angle entre le vaisseau spatial et la partie de l'astéroïde que nous imaginions et le meilleur angle entre le soleil et cette zone."

Le vaisseau spatial a pris des photos sous trois angles orbitaux prédéterminés - dans l'hémisphère nord, à l'équateur et dans l'hémisphère sud, cela garantissait une vue dégagée sur toute la surface de l'astéroïde et optimisait les ombres des caractéristiques de Bennu. Alors que les cartes veulent généralement éliminer les ombres, ils étaient nécessaires dans ce cas pour faire apparaître les caractéristiques de la surface.

"Nous voulions un peu d'ombre, mais pas trop et pas d'angles bizarres. Tout était juste très méticuleusement planifié, " a déclaré Bennett.

Puis, en utilisant un modèle 3-D de l'astéroïde qui a été créé à l'aide d'un programme qui a déduit la forme en fonction de plusieurs angles de photo, Bennett et son équipe ont superposé les images.

« Nous avons pris quelques images et les avons associées manuellement à des sites dispersés sur le modèle de forme 3D, " dit-elle. " S'ils ne sont pas parfaitement alignés, ils semblent se tortiller lorsque nous avons basculé entre les deux. Nous avons soigneusement mis les photos en place jusqu'à ce que nous obtenions une correspondance parfaite. Puis, poser le reste des images, nous avons utilisé des algorithmes informatiques, qui correspondait automatiquement aux caractéristiques de la surface."

C'est là que l'expérience de Bennett en photographie et en graphisme est entrée en jeu.

"Une chose que je ne peux pas faire, c'est utiliser Photoshop. Si nous devions le faire, cela compromettrait l'intégrité scientifique. Les gens obtiennent des informations scientifiques à partir de la luminosité des pixels, par exemple, donc nous ne voulons pas salir la science, " Bennett a dit. " Au lieu de cela, J'ai dû choisir avec soin où diviser les images. J'ai coupé à travers des choses comme des ombres ou le long des bords de cratères au lieu de descendre au milieu d'un rocher qui a été imagé sous deux angles de vue différents. En traçant soigneusement la topographie et en faisant correspondre les images comme des pièces de puzzle, J'ai pu rendre la carte beaucoup plus transparente."

La mosaïque globale finale peut servir de carte de base pour donner un contexte aux futures données scientifiques.

"Lorsque les scientifiques collectent des données spectrales (lumineuses) réfléchies et émises par Bennu pour déterminer sa composition, cela ressemble à des lignes ondulées et des coordonnées de latitude et de longitude, " a déclaré Bennett. " Donc, être capable de regarder l'emplacement et les caractéristiques correspondants sur la carte est extrêmement utile pour interpréter ces données. "

Les images individuelles ne sont pas non plus aussi utiles qu'une carte haute définition, dit DellaGiustina.

"Cela peut fournir des données pour débloquer quel type de modèles mondiaux existent sur Bennu et fournir un contexte à d'autres ensembles de données, " elle a dit.

La mosaïque mondiale a également été utilisée pour un projet de science citoyenne où toute personne disposant d'une connexion Internet pouvait cartographier et mesurer les rochers de Bennu, qui contribuera à un recensement mondial des blocs.

Futures mosaïques, qui se concentrera sur de plus petites portions de l'astéroïde et aura une résolution plus élevée, sera utilisé pour la navigation des sites d'échantillonnage primaire et secondaire.

Lancer un héritage

"L'Université de l'Arizona a une longue histoire d'imagerie d'autres objets du système solaire, " a déclaré DellaGiustina. " Tout cet héritage a été mis à profit lorsque nous avons conçu les caméras pour la mission OSIRIS-REx. "

Lorsque le président John F. Kennedy a annoncé en 1961 que les Américains marcheraient sur la lune d'ici la fin des années 1960, un petit groupe de chercheurs de l'UArizona était parmi les rares à étudier déjà la lune de manière professionnelle.

Les membres de l'équipe ont imagé et cartographié la surface lunaire, ce qui leur a permis de comprendre la géologie de la lune et a permis à la NASA de choisir des sites d'atterrissage pour les futures missions robotiques et Apollo. Gérard Kuiper, le père de la science planétaire moderne, a dirigé l'équipe et a établi le laboratoire lunaire et planétaire à UArizona, où il a exercé les fonctions de chef de département.

Depuis, UArizona a joué un rôle de premier plan dans les missions de la NASA qui ont cartographié des objets à travers le système solaire. Les missions Pioneer des années 70 ont cartographié Jupiter et Saturne, les sondes Voyager ont pris quelques années plus tard les seules images rapprochées de Neptune et d'Uranus, et le vaisseau spatial Cassini a pris des photos de Saturne tandis que la sonde Huygens a capturé des images de la lune Titan.

L'université dirige également l'expérience scientifique d'imagerie à haute résolution, ou HiRISE, qui capture de superbes photos de la surface martienne à bord du Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA.

Les caméras à bord de la mission OSIRIS-REx dirigée par UArizona ont été développées à l'université. L'instrument PolyCam utilisé pour capturer les images de la mosaïque a une mise au point réglable, capable d'imager Bennu à des millions de kilomètres jusqu'à moins d'un mile de sa surface.

« En raison de notre longue histoire de développement de charges utiles et de caméras pour les vols spatiaux, nous avons également un bon logiciel en développement pour traiter toutes ces images, " dit DellaGiustina. " Pour Bennu, en particulier, nous avons travaillé à l'établissement - en collaboration avec Astrogeology Science Center, USGS (U.S. Geological Survey) dans Flagstaff—une suite de logiciels de traitement d'images capable de gérer des objets de forme irrégulière et de les traduire en cartes. Les cartes projettent généralement des objets sphériques, mais Bennu était un défi unique parce qu'il est en forme de diamant."

L'effort de l'équipe a inclus le travail d'une douzaine de personnes qui ont aidé à lier les images les unes aux autres et au modèle de l'astéroïde, et une dizaine de personnes qui ont aidé à planifier la collecte des données d'images et à envoyer des commandes aux caméras embarquées sur OSIRIS-REx.

"Nous avons encore beaucoup de travail à faire, " Bennett a déclaré. "Nous prévoyons de l'échantillonnage en octobre de cette année, une grande partie de notre travail maintenant consiste à nous assurer que nous sommes prêts. »