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2021-08-31

「地理資訊系統」助探索宇宙奧秘,NASA利用GIS進行深入探究火星任務!

  地理資訊系統(GIS)的應用愈來愈廣泛,除了可以運用在交通出行、城市規劃、環保執法、天災救援等地球事務,還可協助探索外太空,幫助分析宇宙萬物的奧秘。

 

  美國早於20年前已展開火星探測工程,美國太空總署(NASA)當時派出「2001火星奧德賽號」(2001 Mars Odyssey)衞星,收集大量火星地貌和地表礦物資料,以研究是否有生命迹象;而NASA探測車毅力號(Perseverance)也在今年2月抵達火星。

 

  可是,火星上滿布鋸齒狀的岩塊和巨石,為毅力號的實地勘探增添難度,因此,事前精心策劃必不可少,NASA和轄下的火星科學實驗室(MSL)使用GIS軟件,結合3顆環繞火星多年的遙距傳感衞星所得圖像,加強對火星多樣化地形和複雜地理環境的了解。首要任務是掌握預期的「著陸橢圓範圍」(landing ellipse),這範圍的面積可以非常廣闊,例如2008年鳳凰號火星探測器的著陸橢圓範圍就有100公里長、19公里闊。團隊透過GIS建構了覆蓋著陸橢圓範圍達85%的地圖,讓進入、下降和著陸得以順利進行。

 

  為了要更詳細探究火星的歷史和演變過程,以及是否曾有生命存在,毅力號除了需要降落在地質豐富兼地形相對平坦的區域外,還要揀選最少障礙物的行走路線,方便科學家從岩石的礦物成分、水的存在與溫差等,探究火星上潛在的生物,上述任務都可以透過GIS協助分析研究。

 

  近年,中國在探測火星上進步神速,可謂後起之秀。最近,中國「天問一號」宣告成功登陸,為中國的航天歷史寫下新一頁。然而,中國空間技術研究院(CAST)指出,目前火星探測任務成功率僅約五成,主要的挑戰是「進入/下降/著陸」(Entry/Descent/Landing,簡稱EDL)這階段。

 

  曾多次帶領團隊參與內地航天探測任務的理工大學土地測量及地理資訊學系教授吳波表示,預選的著陸區面積比香港大11倍,可是內地在這些方面沒有相關數據,難以評估著陸火星任務的風險。故此,天問一號在進行EDL這階段前,必須就火星停泊軌道和著陸區預先作詳查探測,以獲取大量地形地貌數據,同時評估發生沙塵暴的概率。

 

  理大團隊曾參與「嫦娥三號」到「嫦娥五號」探月工程,例如名為「嫦娥四號著陸區──地形及地貌特徵分析」的研究,蒐集大量月球遙距傳感數據,透過GIS為嫦娥四號在月球的可能著陸區,創建一個高精確度及解像度的地形模型。

 

  今次為給予天問一號最可靠的著陸點建議,理大團隊首先搜集歐洲和英國過往的資料,再建構「三維集成測量模型」,並以人工智能的深度學習,成功在一個半月內,為整個著陸區分析了67多萬個隕石坑、逾200萬塊岩石和數百個火山錐,識別出可能影響著陸安全的大型斜坡、海拔低的地點,結果選取了火星北半球「烏托邦平原」南部的著陸點成功登陸。

 

  外太空的一切都超越人類想像,有賴人類以智慧和創新去發掘和探索,而地理資訊早被視為最具靈活性和持續性的未來核心,如能配合GIS協助分析,相信可為未來外太空的探索任務帶來無限可能。

 

 

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