Mappatura planetaria a scala differente: uno sguardo su corpi terrestri privi di atmosfera

The objective of this thesis, developed within the European Horizon 2020 PLANMAP project, is the production of both standard and innovative geologic maps at different scales focused on two atmosphere-less terrestrial bodies of primary interest for future European exploration, namely Mercury and the Moon. These cartographic products, intended for supporting future planetary exploration, aim not only at representing the surface morphology but also at integrating into the map product spectral and compositional information. For Mercury, an ongoing project for the production of a series of 1:3,000,000 regional geologic maps for its 15 quadrangles started with the production of individual geologic maps to later evolve into a coordinated global mapping plan. Aiming at producing the first large-scale regional map of the H-9 Eminescu quadrangle (22.5° N-22.5° S, 72° E-144° E), I have been realizing i) a 1:3M geologic map, derived from morphologic interpretation of the surface, and ii) a color-based spectral map, derived from color variations within the identified geologic units, for the eastern portion of the Eminescu quadrangle. These maps permitted to better focus on iii) the definition of scientific targets of interest for the SIMBIO-SYS instrument onboard the ESA-JAXA BepiColombo mission. By comparing the obtained results it stands out a good correlation between morphology and surface color variations. The color-based mapping allows inferring much more information about the hermean surface than from monochrome imagery alone, discriminating between different materials. Peculiar color variations associated with the exhumation of underlying materials, possibly presenting a distinct composition, have been considered among the main targets for the BepiColombo mission together with volcanic vents presenting no particular color variations and faulted craters allowing to derive the kinematics of tectonic structures. As concerns the Moon, instead, several types of cartographic products have been realized based on different data, from monochrome and color imagery at different spatial resolutions up to multispectral information and the integration of relative and absolute age determinations. The final aim of these maps is to provide a small-scale geological study of the lunar far side mare-flooded Tsiolkovskiy crater (20.4° S, 129.1° E) in order to lay the groundwork for a future landing site characterization. I have thus been realizing i) a morpho-stratigraphic map, derived from photogeological interpretation, ii) a color-based spectral map, derived by associating compositional variations with the identified morphological units, iii) age determinations, for discriminating possible age differences based on color variations, iv) a spectro-stratigraphic map, derived by integrating multispectral information, and v) a high-resolution geologic map, for the definition of a possible target area. The results show a clear correlation between morphologies, color variations and spectral information and allow to infer more information about the composition of each unit. Age determinations, then, allowed to reconstruct the volcanic evolution of Tsiolkovskiy’s crater floor associating compositional variations to its infilling events. The high-resolution geologic mapping, finally, aims at drawing attention to the central peak of the crater and to the collapsed boulders surrounding it, which could represent an interesting target to study, among others, the composition of the lunar crust and mantle.

L’obiettivo di questa tesi, sviluppata all’interno del progetto Europeo Horizon 2020 PLANMAP, è la produzione di carte geologiche sia standard che innovative su differente scala focalizzate su due corpi terrestri privi di atmosfera di primario interesse per la futura esplorazione Europea, ovvero Mercurio e la Luna. Questi prodotti cartografici, destinati a supportare la futura esplorazione planetaria, mirano non solo a caratterizzare la morfologia superficiale ma anche ad integrare informazioni spettrali e composizionali non individuabili solamente su base morfologica. Per Mercurio, un progetto in corso per la produzione di una serie di carte geologiche regionali a scala 1:3,000,000 per i suoi 15 quadrangoli è iniziato con la produzione di carte geologiche individuali per evolvere successivamente in un piano coordinato di mappatura globale. Con lo scopo di produrre la prima carta regionale a larga scala del quadrante H-9 Eminescu (22.5° N-22.5° S, 72° E-144° E), ho realizzato i) una carta geologica a scala 1:3M, derivata dall’interpretazione morfologica della superficie, e ii) una carta spettrale basata su basemaps a colori, derivata da variazioni di colore all’interno delle unità geologiche identificate, per la porzione orientale del quadrangolo Eminescu. Tali mappe, le quali hanno permesso di concentrare gli sforzi nella iii) definizione di targets di interesse scientifico per lo strumento SIMBIO-SYS a bordo della missione BepiColombo di ESA-JAXA. Dal confronto dei risultati ottenuti si distingue una buona correlazione fra morfologia e variazioni di colore della superficie. La mappatura basata sul colore permette di desumere molte più informazioni riguardo alla superficie di Mercurio rispetto che dall’uso di sole immagini monocromatiche, discriminando fra differenti materiali. Sono stati considerati tra i principali target per la missione BepiColombo peculiari variazioni di colore associate all’esumazione di materiali sottostanti, che presentano verosimilmente una distinta composizione, così come vents vulcanici che non presentano particolari variazioni di colore e crateri fagliati che permettono di derivare la cinematica delle strutture tettoniche. Per quanto riguarda la Luna, invece, diversi tipi di prodotti cartografici sono stati realizzati sulla base di differenti dati, da immagini monocromatiche e a colori a diverse risoluzioni spaziali fino a informazioni multispettrali e all'integrazione di determinazioni di età relative e assolute. L'obiettivo finale di queste carte è quello di fornire uno studio geologico su piccola scala del cratere Tsiolkovskiy (20.4° S, 129.1° E) situato sul lato nascosto della Luna in modo da gettare le basi per una futura caratterizzazione dell’area come sito di atterraggio. Ho pertanto realizzato i) una carta morfo-stratigrafica, derivata dall'interpretazione foto-geologica, ii) una carta spettrale basata su variazioni di colore, derivata dall'associazione di variazioni compositive con le unità morfologiche identificate, iii) determinazioni di età, per discriminare possibili differenze di età basate su variazioni di colore, iv) una carta spettro-stratigrafica, derivata dall'integrazione di informazioni multispettrali, e v) una carta geologica ad alta risoluzione, per la definizione di una possibile area target. I risultati mostrano una chiara correlazione tra morfologie, variazioni di colore e informazioni spettrali e permettono di dedurre più informazioni riguardo alla composizione di ogni unità. Le determinazioni dell'età, in aggiunta, hanno permesso di ricostruire l'evoluzione vulcanica del fondo del cratere di Tsiolkovskiy e di associare variazioni compositive ai suoi eventi di riempimento. La mappatura geologica ad alta risoluzione, infine, mira a richiamare l'attenzione sul picco centrale del cratere e sui massi crollati che lo circondano, che potrebbero rappresentare un interessante target per studiare la composizione della crosta lunare e del mantello.