二十年前，欧洲航天局（ESA）发射了火星快车以探索这颗红色星球。自那时以来，科学家们收集了大量的科学数据，使他们能够更深入地了解火星的一切，从峡谷和陨石坑到沙尘暴和隐藏的冰层。

现在，高分辨率立体相机（HRSC）团队展示了一幅全球色彩镶嵌图，以前所未有的方式捕捉到了火星的景象。它以惊人的细节展示了这颗行星，并突出了其地表颜色和组成。

观测点位于瓦勒斯水手号峡谷系统上方约2500公里处，由于相对较低的高度，呈现出没有极地冰盖的火星的增强视图。

该模拟图中的每个像素覆盖了火星表面约2公里，可以更仔细地观察较暗的灰黑色火山沙和较浅的区域，这些区域显示出粘土和硫酸盐矿物。

水手谷栩栩如生

德国航空航天中心（DLR）的拉尔夫·乔曼博士领导了将新的相机技术与多年的观测相结合的工作。

他的团队的镶嵌图融合了红色、绿色和蓝色滤光片视图，调整了每个颜色波段以突出隐藏的地表变化。

这幅图像不仅仅是一张标准的快照。它使用了单独的颜色通道拉伸，因此细节以简单的“米色到棕色”描述不可能实现的方式突出显示。

通过这种方法，火星表面出现了一道被称为水手谷的“巨大伤疤”。它数千公里的长度一直引人注目，但镶嵌图的清晰度使其更加突出。

通过检查清晰的颜色变化，研究人员可以探索古代火山物质、尘埃沉积物和其他化合物是如何形成我们今天所见的地形的。

形状、光线和火星的真实色彩

研究人员希望通过拼接较小的图像来形成火星的连贯图像。单个帧很容易增强，但当组合多个图像时就会变得棘手。

不同的角度和形状开始发挥作用。如果专家错误判断了航天器的位置或相机的方向，最终的镶嵌图可能会出现错位的区域。

他们还需要解决阳光如何照射到行星各个部分的问题。

观看一张火星的单张照片非常简单——你只需调整亮度和对比度就能更好地看到它。但是，当将多张图像组合成一张时，就会变得更加困难。

会出现两个大问题：一个是关于形状和角度，另一个是关于光线。

太阳的强度、行星的反射率以及不断变化的 атмосферный 尘埃都会改变每个区域的外观。

即使与相邻区域具有相同的基本组成，朝向太阳的小山丘和斜坡也可能显得更亮。

理解尘埃弥漫的大气层

火星以其沙尘暴和不断变化的大气质量而闻名。这是因为火星大气中有很多尘埃，尘埃的量随季节变化。

在一些图像中，大气看起来朦胧、明亮或模糊。科学家们有工具通过检查阳光照射区域和阴影区域之间的差异来测量空气中的尘埃量。但是，这种方法只有在阴影清晰且足够大时才有效。

这些大部分都可以用计算机工具修复。但是，阳光更难调整，因为即使斜坡或朝向太阳的山丘的反射率并不更高，它们也会显得更亮。

因此，研究人员主要保留了每张照片中的原始照明。他们调整了整体亮度，使镶嵌图看起来均匀，但并没有消除所有的阴影。

他们认识到，人眼仅凭光线和阴影就能解读形状，因此完全没有阴影的地图可能会引起混淆。

像拼图一样拼接碎片

在早期的尝试中，将亮度与另一个任务的旧地图进行匹配有助于合并黑白图像。

当时没有可靠的火星真实色彩地图可用，因此该团队对色彩数据进行了较为适度的调整。这有助于确保图像在组合时看起来良好。

最初，他们专注于显示每个帧内的颜色差异，用平均红色填充大片区域。这使得更精细的细节可见，尽管整体印象在更大范围内主要是红色的。

后来的发展扩大了镶嵌图的范围。在2015年至2017年间，火星快车有时从高空拍摄照片，覆盖比平时更大的区域。

尽管航天器通常以近距离成像为目标，但这些广角照片使研究人员能够交叉引用行星大范围区域的颜色变化。

通过将这些基于远距离的视图与近地表的视图相结合，他们更接近于显示一个具有一致颜色和对比度的完整地球。

重叠的帧

2019年出现了一系列新的高空图像，这些图像与之前的帧显著重叠。这种重叠使得创建完整的镶嵌图成为可能，其中每张照片都与其他照片相连。

由于航天器以一个巨大的椭圆轨道绕火星飞行，它有时会从远处拍摄照片，有时会从近处拍摄。

当所有这些照片汇集在一起时，科学家们用一个反映大范围和小范围差异的更全球化的模型取代了局部的颜色参考。这些模型显示了比平时大得多的区域的颜色变化。

该小组整合了这些广泛的图像来填补空白并完善整体图像。因此，随着每次添加，镶嵌图变得更加全面，减少了突兀的接缝和奇怪的亮度跳跃。

现在，爱好者和专家都可以以更清晰的背景扫描火星，在一个连续的地图中比较火山平原、峡谷底部以及两者之间的一切。

火星的真实色彩对科学意义重大

较暗的灰色区域揭示了古代火山活动留下的玄武岩沙。较浅的区域突出了粘土和硫酸盐。虽然沙尘暴来来去去，但这些岩层依然存在。

人眼通常仅凭光线的照射方式就能判断物体的形状，因此移除这些阴影并不总是有帮助的。

火星真实色彩和亮度上的细微差异为我们提供了关于过去的信息，从水的活动到矿物的形成。

像水手谷这样的地表特征在图像中占据主导地位，但较小的陨石坑和山脊也充分说明了火星的地质演化。

整个镶嵌图提供了一种在不丢失局部细节的情况下拼凑行星不同时代故事的方法。

通过叠加数十年的探索数据，HRSC团队在绘制更清晰的火星地理图方面迈出了一大步，无论是从轨道上还是在表面上。