Creazione di modelli 3D lunari con immagini della superficie e i dati DEM del Lunar Reconaissance Orbiter

ABSTRACT

Nell’articolo a seguire trattiamo la creazione di modelli 3D della superficie lunare utilizzando immagini e dati altimetrici (DEM) forniti dal Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) della NASA e dalla missione SELENE Kaguya della JAXA. L’autore, Marco Campaniello, racconta come si sia avvicinato all’astrofotografia e come abbia iniziato a lavorare su questi modelli, utilizzando tecniche di rilievo già sperimentate per monitorare frane e alluvioni tramite droni.

Campaniello descrive il processo di modellazione, che consiste nel georeferenziare punti sulle immagini della Luna utilizzando il software QGIS, e nell’adattare tali immagini ai dati DEM. Le immagini ottenute grazie al telescopio e alla LRO vengono utilizzate per creare modelli precisi in 3D. L’autore sottolinea l’importanza di immagini ad alta definizione e di una corretta perpendicolarità rispetto alla superficie lunare per ottenere risultati accurati. Inoltre, viene spiegato come sia possibile effettuare misurazioni tecniche sui modelli 3D, come diametri e profondità dei crateri.

Campaniello illustra anche possibili applicazioni, tra cui la stampa 3D dei modelli per scopi didattici o per favorire l’accessibilità alle persone con disabilità. Infine, fornisce riferimenti a un canale YouTube e a un sito web dove sono raccolti e pubblicati i modelli 3D della superficie lunare.

Introduzione

Mi chiamo Marco Campaniello, ho 47 anni e vivo a Piazzola sul Brenta, in provincia di Padova. Diplomato come perito grafico, mi sono avvicinato all’astrofotografia da circa tre anni, concentrandomi sulle riprese planetarie con la mia strumentazione, un Maksutov MC 127/1500 e telecamere dedicate per la ripresa astronomica. Fin da bambino sono sempre stato attratto dallo studio del sistema solare, dalle dinamiche avvenute miliardi di anni fa che hanno dato origine al nostro sistema solare, al nostro pianeta e al suo satellite, la luna. Su quest’ultima ho sempre fantasticato su come sarebbe lassù, sorvolare i sui immensi crateri, Valli, Rime. Immaginare cosa si presentava agli occhi dei primi astronauti che hanno calpestato quel suolo alla fine degli anni 60 con le missioni Apollo…

Come e quando è iniziato questo progetto?

Da quasi un anno sto portando avanti questo progetto di modellazione 3d della superficie lunare, utilizzando sia foto riprese da terra, sia foto scattate dalla LRO, un orbiter destinato allo studio della luna il cui lancio è avvenuto dalla Air Force Station a Cape Canaveral, in Florida il 18 giugno 2009.
Tutto però è nato nel 2013, con alcune attività svolte con la protezione civile di cui facevo parte. Vi fu l’esigenza di effettuare dei rilievi fotografici su delle zone colpite da una alluvione, con diverse frane in atto. Installata una telecamera su un drone (non esisteva molto in commercio e ci si arrangiava con accrocchi vari), vennero effettuate una serie di foto e video per costruire un modello 3d, studiando poi gli interventi per la messa in sicurezza del territorio.
Da tutto questo lavoro è partita l’idea di adattare le stesse tecniche di modellazione terrestre per la superficie lunare. Un problema…, nel 2013 le strumentazioni di ripresa e di registrazione digitale non erano alla portata di tutti, dovuto sia ai costi elevati sia alla mancanza in commercio di telecamere dedicate. Con l’arrivo delle camere astronomiche è iniziato un processo digitale che oggi permette di ottenere immagini in alta risoluzione editabili a pc e adatte per questi scopi. Inoltre la possibilità di scaricare online immagini della LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), danno modo di ottenere immagini con una risoluzione prossima a 1 metro/pixel, e di conseguenza modelli 3d molto precisi. Con queste possibilità la strada si è aperta e i social hanno permesso più velocemente uno scambio di collaborazione tra astrofili di tutto il mondo, che con i loro mezzi mi mettono a disposizione immagini in alta risoluzione.

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Come vengono realizzati questi modelli?

I team Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA) e SELenological and Engineering Explorer (SELENE) Kaguya hanno creato un modello di elevazione digitale lunare (DEM) migliorato che copre latitudini entro ±60°, con una risoluzione orizzontale di 512 pixel per grado (~59 metri per pixel [m] all’equatore) e una precisione verticale di ~3-4 m.
La National Aeronautics and Space Administration (NASA) degli Stati Uniti ha lanciato il veicolo spaziale Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) sulla Luna nel giugno 2009 trasportando una varietà di strumenti che continuano a restituire immagini ad alta risoluzione della superficie lunare. Il LOLA ha raccolto oltre 6,5 miliardi di misurazioni dell’altezza della superficie globale con una precisione verticale di ~10 cm. Con una copertura globale così accurata, la mappa topografica risultante è diventata il quadro geodetico di riferimento per la comunità lunare e ha portato alla più alta risoluzione e ai DEM più accurati fino ad oggi. La Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) ha lanciato la sonda SELENE Kaguya sulla Luna nel settembre 2007. La missione si è conclusa il 10 giugno 2009 quando la sonda si è schiantata intenzionalmente sulla superficie lunare. I successivi sforzi di raccolta e mappatura dei dati hanno portato al “più grande progetto di esplorazione lunare dai tempi del programma Apollo”.
Grazie a questi dati è ora possibile creare modelli 3d, sovrapponendo le immagini della superficie lunare, ottenendo un modello in rilievo della zona interessata. Qui sotto l’immagine DEM di partenza, un raster che rappresenta in scala di grigio le altimetrie della superficie. Le zone scure sono quelle più profonde, le zone più chiare quelle con più altitudine.

Senza inoltrarsi troppo nelle spiegazioni tecniche, per creare il modello 3D è necessario georeferenziare più punti all’interno dell’immagine di partenza. Questo processo viene creato con un software chiamato Qgis. L’obbiettivo è quello di identificare un maggior numero di punti tra foto e DEM lunare. Maggiori saranno i punti e migliore sarà il modello finale. Qui sotto è possibile vedere alcuni punti di elaborazione identificati e georeferenziati tra l’immagine originale e il DEM, che al suo interno raccoglie i dati altimetrici in ogni suo pixel.

Quali caratteristiche devono avere le immagini di partenza?

Che utilizzi può avere il modello 3d creato?

Dove vengono raccolti e pubblicati tutti i progetti