Разработка алгоритмов автоматического вычисления морфометрических параметров для нового глобального каталога кратеров Меркурия

Авторы
Завьялов И.Ю.(1), Жаркова А.Ю.(1,2), Козлова Н.А.(1), Коленкина М.М.(1), Ротару В.А.(1), Коханов А.А.(1)
Организации
(1) МИИГАиК, Комплексная лаборатория исследования внеземных территорий (КЛИВТ), Москва, Россия
(2) Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ), Москва, Россия
Сессия
Исследование планет
Форма представления
Устный
Текст тезисов
Целью нашей работы является формирование нового глобального каталога ударных кратеров Меркурия, который будет включать как морфометрические (числовые), так и морфологические (качественные) характеристики [1].

Дешифрирование кратеров осуществлялось вручную в ПО ArcGIS с помощью специального инструментария CraterTools [2] на основе анализа и обработки цифровых моделей рельефа (ЦМР), сформированных по данным космического аппарата MESSENGER. В частности: 1. глобальной ЦМР Меркурия с разрешением 665 м/пиксель, сформированная на основе стереоизображений камеры MDIS NAC и WAC КА MESSENGER [3]; 2. четырёх ЦМР на участки Меркурия с разрешением 222 м/пиксель, созданные по данным фотограмметрической обработки [4], 3. ЦМР, полученная по данным лазерной альтиметрии с разрешением 250 м/пиксель, покрывающая широты от 90° с.ш. до 45° с.ш.

Для каждого кратера, внесённого в каталог, была рассчитана его относительная глубина, отношение глубины к диаметру (d/D), а также максимальные, минимальные и средние значения наклонов его внутренних стенок. Все расчёты осуществлялись автоматизированными методами с помощью геоинформационных систем (ГИС) и с использованием исключительно ЦМР, поскольку измерения, осуществлённые по космическим изображениям, отличаются невысокой точностью и не могут быть выполнены для многих кратеров.
В ходе работы нами был доработан метод автоматизации расчёта глубин кратеров [5], реализованный в виде программы на языке программирования Python c использованием библиотеки GDAL (Geospatial Data Abstraction Library). Метод, в том числе, учитывает различные условия, влияющие на точность определения глубины, а именно: угол наклона подстилающей поверхности, характер местоположения кратера, что обеспечивает лучшую точность определения глубины. Весьма вероятно, что это будет не последняя версия метода и он ещё будет улучшаться и дорабатываться, повышая точность расчетов.

Кроме того, нами планируется автоматизированный расчёт других – более комплексных – морфометрических параметров рельефа. В их числе: 1. числовые характеристики внутренних элементов кратера (диаметр плоского дна, центральной горки или внутреннего кольца при наличии); 2. относительная топографическая позиция вокруг и внутри кратера; 3. межквартильный размах второй производной высот вокруг и внутри кратера; 4. наклон подстилающей поверхности; 5. отношение объёма вала кратера к объёму его чаши.

Итогом выполненной работы станет глобальный каталог кратеров Меркурия, содержащий морфометрические и морфологические характеристики для каждого кратера. Готовый каталог ускорит процесс создания различных карт, в том числе и тематических, а также исследования отложений летучих соединений в постоянно затенённых кратерах. Кроме того, благодаря проведённой работе, появится возможность провести сравнительно-планетологический анализ Меркурия и Луны, с использованием существующих морфометрических и морфологических каталогов Луны [6].

Завьялов И.Ю., Жаркова А.Ю., Козлова Н.А., Коленкина М.М., Коханов А.А. выполнили исследование при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-35-70019 Стабильность "Создание глобального каталога кратеров Меркурия для фундаментальных исследований планеты".

Литература:
1. Feoktistova E.A., Zharkova A.Yu., Kokhanov A.A., Rodionova Zh.F., Rotaru V.A. Compilation of a new global catalog of Mercury’s craters // The 11th Moscow Solar System symposium (11MS-3), Space Research Institute, Moscow, Russia, October 5-9, 2020
2. Kneissl T., Gasselt S., Neukum G. Map-projection-independent crater size-frequency determination in GIS environments – New software tool for ArcGIS. Planetary and Space Science, 2011, 59. 1243-1254. 10.1016/j.pss.2010.03.015.
3. Becker K.J., Robinson M.S., Becker T.L., Weller L.A., Edmundson K.L. Neumann G.A., Perry M.E., Solomon S.C. First Global Digital Elevation Model of Mercury // 47th Lunar and Planetary conference, The Woodlands, Texas, March 21-25, 2016, Abstract # 1903.
4. Preusker F. Oberst, J., Stark A., Matz K-D., Gwinner K., Roatsch T. High-Resolution Topography from MESSENGER Orbital Stereo Imaging – The Southern hemisphere // EPSC Abstracts, 2017, Vol. 11, EPSC2017-591.
5. Коханов А.А., Креславский М.А., Матвеев Е.В., Козлова Н.А., Карачевцева И.П., 2015. Автоматизация морфометрических измерений в ГИС для оценки локальных характеристик рельефа Луны. Экология, экономика, информатика. Сборник статей: в 3 т.-Ростов-на-Дону, Издательство Южного федерального университета. Т. 3: Геоинформационные технологии и космический мониторинг, 2015, с. 166-171. (http://conf-durso.ru/docs/gis_1_2015.pdf)
6. Козлова Н.А., Завьялов И.Ю. Разработка электронного каталога лунных кратеров с использованием автоматизированных методов ГИС // Сборник тезисов Всероссийской научной конференции «Международный год карт в России: объединяя пространство и время», Москва, Российская государственная библиотека, 25-28 октября 2016 г. — М.: Географический факультет МГУ, стр. 140, 2016. — 325 с. 90 рис. DOI: 10.15356/MapyearRU2016