Asteroiden in 3D – Datenprozessierung im DLR
Asteroiden in 3D – Datenprozessierung im DLR
Globales Bildmosaik von Vesta
Erste globale Karte des Asteroiden Vesta, erzeugt aus Bildern der Framing Camera. Im Juli und August 2011 umrundete Dawn dieses drittgrößte Objekt im Asteroidengürtel zunächst in einem „Kartierorbit“ von etwa 2.400 Kilometer Höhe. Dabei hat die Kamera hunderte Bilder aufgenommen, die eine räumliche Auflösung von etwa 250 Meter pro Bildpunkt haben. Für die Darstellung dieser globalen Karte wurde die so genannte 'einfache Zylinderprojektion' gewählt. Bei dieser Kartenprojektion wird der Südpol nicht als Punkt, sondern als Linie von der Länge des Äquators ausgedehnt. Somit nimmt der Südpol den gesamten unteren Bildrand ein und alle Merkmale dieser Region werden verzerrt dargestellt. Die räumliche Auflösung des Bildes beträgt 750 Meter pro Bildpunkt (Pixel).
In der nördlichen Hemisphäre Vestas befinden sich drei zusammenhängende Krater. Die Anordnung wurde von den Wissenschaftlern „Schneemann“ getauft. Die NASA-Raumsonde Dawn hat dieses Bild mit der Framing Camera am 6. August 2011 aufgenommen. Das Bild hat eine Auflösung von etwa 260 Meter pro Bildpunkt.
Perspektivische Ansicht eines Teils des Randes des Südpol-Beckens von Vesta
Einen Besucher von der Erde erwartet am Südpol des Asteroiden 4 Vesta eine dramatische Landschaft: Klippen, die mehrere Kilometer hoch sind, tiefe Furchen und Krater, die die Südspitze von diesem faszinierenden „embryonalen“ Planeten im Asteroidengürtel geformt haben, und ein bis zu 15 Kilometer hohes Bergmassiv.
Für die an der NASA-Mission Dawn beteiligten Wissenschaftler ist noch nicht klar, wie diese wilde Landschaft gebildet wurde – Kollisionen mit anderen Asteroiden trugen dazu bei, aber auch die internen Prozesse, die während der frühen Phasen des Asteroiden eine Rolle gespielt haben.
Diese Schrägansicht wurde aus einem globalen digitalen Höhenmodell des Asteroiden aus Stereo-Bilddaten abgeleitet, die von der deutschen ‚Framing Camera’ an Bord der NASA-Raumsonde Dawn aus einer Höhe von 2.420 Kilometern über Vestas Oberfläche aufgenommen wurden. Die Bilder, die während des Beobachtungsorbits von Dawn aufgezeichnet wurden, haben eine Auflösung von etwa 250 Metern pro Pixel.
Die „Framing Camera“ der Raumsonde Dawn wird die Oberflächen von Vesta und Ceres aus verschiedenen Perspektiven und unter wechselnden Lichtverhältnissen aufnehmen. Diese Aufnahmen sind dann die Grundlage für 3D-Modelle der Asteroiden.
Dreidimensionale Bilder ermöglichen den Forschern die detaillierte Analyse geologischer Formen. Spannend ist zudem die exakte dreidimensionale Vermessung der unzähligen Krater eines Asteroiden. Anhand ihrer Form und der Höhe ihrer Ränder können die Wissenschaftler die Wucht des früheren Einschlags, die Masse des Projektils sowie die Beschaffenheit des Zielgebiets nachvollziehen.
Hauptaufgabe der DLR-Wissenschaftler: Den Dawn-Bilddaten exakte Koordinaten zuweisen und hochpräzise Atlanten von Vesta und Ceres erstellen
Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung stellt die zur weiteren Verarbeitung benötigten, systematisch korrigierten Rohbilddaten der „Framing Camera“ bereit. Am DLR-Institut für Planetenforschung entstehen daraus die dreidimensionalen Bildprodukte zur Kartierung und wissenschaftlichen Untersuchung von Vesta und Ceres. Die dabei verwendete Stereo-Software ist vielfach erprobt. Sie wird bereits seit Jahren bei der dreidimensionalen Kartierung von Mond, Mars und Merkur eingesetzt. Sämtliche Bilddaten der beiden „Dawn-Asteroiden“ werden im DLR gesammelt und gespeichert und später ins Planetary Data System (PDS) der NASA überführt.
Für die dreidimensionale Bilddatenprozessierung nutzen die Forscher des DLR sogenannte stereo-photogrammetrische Methoden. Die Photogrammetrie verwendet die Informationen von mindestens zwei Aufnahmen derselben Region des Asteroiden, die aus unterschiedlichen Perspektiven gemacht wurden. Diese Stereodaten werden so prozessiert, dass für jedes Pixel eine Höheninformation abgeleitet werden kann, die dann in ein detailliertes dreidimensionales Geländemodell einfließt. Die Information über die mit jedem Orbit der Sonde wechselnden Perspektiven auf die Oberfläche werden während der Stereoverarbeitung jeweils berücksichtigt und weiter verbessert. Dabei hängt die Genauigkeit des entstehenden 3D-Modells auch von der hochpräzisen Kalibrierung der „Framing Camera“ ab, die vor dem Start mit großer Sorgfalt durchgeführt wurde. Im fertigen Modell können schließlich Details mit weniger als zehn Meter Höhenunterschied abgebildet werden.
Vor dem ersten realen Vesta-Einsatz wurde die Stereo-Software einem umfassenden Test unterzogen. Grundlage waren Simulationen von Aufnahmen des Asteroiden, die das Jet Propulsion Laboratory der NASA aus früheren „verwaschenen“ Bildern des Hubble-Weltraumteleskops von Vesta erstellt hatte. Daraus entwickelten die DLR-Forscher – bereits vor der Ankunft Dawns bei Vesta – ein entsprechendes virtuelles 3D-Modell des Asteroiden.
