A BME kutatóinak matematikai modellje segíthet vizet keresni idegen égitesteken

Aki hüledezett már azon, hogy mégis hogyan képesek a tudósok távoli égitestekről mindenfélét kinyomozni pusztán fotók alapján, annak újabb érdekes hírrel szolgálhatunk: a BME kutatói bebizonyították, hogy egy felszín – legyen az kőzetlemez, jég vagy iszap – repedésmintázatáról készült egyetlen kép alapján jó eséllyel meg lehet mondani, a mintázat kialakulásában játszhatott-e lényeges szerepet a víz.

A hangsúly az egyetlen képen van, ha ugyanis a mintázat fejlődését végig tudnánk követni, akkor a teljes folyamat ismeretéből könnyen levonhatók volnának ilyen következtetések. A Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) című folyóiratban most publikált komplex matematikai modell azonban lehetővé teszi, hogy akár egyetlen pillanatfelvételből következtessünk a struktúra későbbi, illetve korábbi állapotaira.

Az űrkutatásban nagy jelentősége lehet egy ilyen újításnak, és Domokos Gábor, Regős Krisztina, valamint az amerikai University of Pennsylvanián dolgozó Douglas Jerolmack és Sophie Silver felfedezése a geológiában is fontos szerepet kaphat.

„A Naprendszer égitestjeiről rendelkezésünkre álló információ döntő többsége műholdak által készített fotó, melyek egyébként néha meglepően jó minőségűek. Még akkor is ez az egyik kiemelt információforrás, ha le tud szállni oda egy robot, mint például a Marsra a Curiosity. A képelemzés tehát az űrkutatás fontos eszköze, sok pénzt költenek rá, és ez vélhetően még így is marad jó ideig. Bizonyos értelemben a mi módszerünk is a képelemzéshez sorolható, de nem pixeljavítás, hanem egy geológiai-matematikai modell, amely a kép mély megértését célozza: többek között a víz jelenlétére szeretnénk következtetni az algoritmusunkkal” – magyarázta a bme.hu-nak Domokos Gábor.

Arra nyilván nincsen lehetőség, hogy stacionárius műholdakkal évekig vagy akár évezredekig filmezzük ugyanazokat a helyeket a bolygók felszínén. A magyar-amerikai kutatócsoport viszont képes egyetlen állóképből egy képzeletbeli filmet gyártani, azaz a repedésmintázat múltját és jövőjét felvázolni. Mégpedig, bármilyen furcsán hangzik, egy elég érett mintázat esetén először a jövőt lehet megfejteni, majd abból a múltat – amihez persze komoly geológiai ismeretek is szükségesek.

„Ahogy egy művészfotóban adott esetben benne van egy egész történet, úgy következtetünk mi is a mintázat múltjára és jövőjére a pillanatnyi állapotán mérhető kombinatorikai átlagokból. Ezek a mintázatok ugyanis univerzális szabályok szerint fejlődnek, a modell pedig paraméterezhető aszerint, hogy milyen anyagról, milyen környezetről van szó” – mondta az építészmérnöki kar Morfológia és Geometriai Modellezés Tanszékének egyetemi tanára, a HUN-REN-BME Morfodinamika Kutatócsoport vezetője.

A modell matematikai részének leírása egyébként már jelentős részben szerepelt egy korábbi tanulmányban, aminek Domokos Gábor és Regős Krisztina mellett Bálint Péter, a BME Matematika Intézetének igazgatója volt a szerzője. „Az a munka lerakta a kemény matematikai alapokat, nélküle a mostani cikk nem születhetett volna meg” – jegyezte meg Domokos Gábor.

Hozzátette, a mostani eredmény – a gyakorlati alkalmazás potenciálja mellett – azért is különleges, mert „ilyen bonyolultságú matek nem szokott csak úgy rögtön visszaköszönni a valóságból, ez a modell viszont könnyen ellenőrizhető, hogy igenis működik”.

Innentől már csak képanalízisre és egy, az algoritmus futtatására alkalmas, professzionális szoftver megírására van szükség ahhoz, hogy nagy lökést kaphasson a víz jelenlétének kutatása más égitesteken. A csapatnak szerencsére van már kapcsolata a NASA-val, vagy ahogy Domokos Gábor fogalmazott: „küldtünk már az én íróasztalomtól is utasítást a Curiosity rovernek”.