據外媒報道，月球是一片寒冷乾燥的沙漠。跟地球不同的是，月球周圍沒有一層保護性的大氣層，在月球形成時就存在的水在太陽輻射的影響下蒸發了很久並逃逸到了太空中。然而，極地地區的環形山和窪地讓人們有理由希望水資源是有限的。
來自MPS、牛津大學和NASA艾姆斯研究中心的科學家們現在對其中一些地區進行了更近距離的觀察。
“在月球南極和北極附近，入射的陽光以非常淺的角度進入環形山和窪地，永遠達不到它們的一些地面，”這一研究的論文第一作者MPS科學家Valentin Bickel說道。在這個“永恆的夜晚”，一些地方的溫度是非常低低，以至於冰凍的水預計已經持續了數百萬年–可能是彗星或小行星的撞擊造成，也可能是火山爆發釋放的氣體或是表面跟太陽風的相互作用形成。近年來空間探測器對中子通量和紅外輻射的測量表明，這些地區存在水。最終，NASA的月球隕石坑觀測和傳感衛星(LCROSS)提供了直接的證據：12年前，探測器向陰暗的南極Cabeus環形山發射了一枚炮彈。後來的分析表明，發射到太空中的塵霧中含有大量的水。
然而永久陰影區域不僅是科學研究的熱點。如果人類要在月球上停留很長一段時間，自然存在的水將是一種寶貴的資源–而陰影籠罩的環形山和窪地將是一個重要的目的地。例如NASA的無人VIPER探測器將在2023年探索南極地區並進入這些環形山。為了提前獲得精確的地形和地質圖像，如為了任務規劃的目的，來自太空探測器的圖像是必不可少的。NASA的月球勘測軌道飛行器(LRO)自2009年以來就一直提供此類圖像。
不過在永久陰影區域的深黑暗中捕捉圖像是異常困難的，畢竟，唯一的光源是散射光。這項研究的論文合著者、牛津大學的Ben Moseley指出：“由於航天器處於運動狀態，LRO的圖像在長時間曝光後會完全模糊。”在較短的曝光時間內，空間分辨率要好得多。然而由於光線不足，這些圖像主要是噪聲，所以很難區分真實的地質特徵。
為了解決這個問題，研究人員開發出了一種名為HORUS（全稱Hyper-effective nOise Removal U-net Software）的機器學習算法，它可以“清除”這些噪聲圖像。據了解，它使用了7萬多張LRO在月球暗面拍攝的校準圖像以及相機溫度和航天器軌道的信息從而區分圖像中的哪些結構是人造的、哪些是真實的。通過這種方法，研究人員可以實現每像素約1-2米的分辨率，這比以前所有可用圖像的分辨率要高出5到10倍。
通過利用這種方法，研究人員現在重新評估了月球南極地區的17個陰影區域的圖像，這些區域的面積在0.18到54平方公里之間。在由此產生的圖像中，只有幾米寬的小型地質結構可以比以前更清晰地識別出來。這些結構包括圓石或非常小的隕石坑，它們在月球表面隨處可見。由於月球沒有大氣層，非常小的隕石不斷地落在月球表面並形成了這些微型隕石坑。
“在新HORUS圖像的幫助下，現在有可能比以前更好地了解月球陰影區域的地質情況，”Moseley說道。如小隕石坑的數量和形狀提供了有關地表年齡和組成的信息。它還可以更容易地為漫遊者或宇航員識別潛在的障礙和危險。研究人員在Leibnitz Plateau的一個被研究的環形山中發現了一個非常明亮的微型隕石坑。Bickel說道：“它相對明亮的顏色可能表明這個隕石坑相對年輕。”研究人員表示，因為這樣一個新留下的疤痕可以很容易地深入到更深的層次，這個地點可能是未來任務的一個有趣目標。
新圖像並沒有提供月球表面有冰凍水的證據。Bickel對此作出推測：“我們的一些目標區域可能稍微太熱了。”月球表面的水很可能根本不存在，而是跟風化層和灰塵混合在一起或隱藏在地下。
為了解決這個問題和其他問題，研究人員的下一步是使用HORUS來研究儘可能多的陰影區域。“在目前的出版物中，我們想展示我們的算法能做什麼。現在我們想要儘可能全面地應用它，”Bickel說道。