日前，吉林大學地球科學學院楊晨副教授聯合吉林大學計算機科學與技術學院管仁初教授研究組、中國科學院國家天文臺月球與深空探測重點實驗室歐陽自遠院士團隊，在月球撞擊坑智能識別和年代標定方面取得重要進展，新識別月球上近11萬個撞擊坑，並有超過18000個撞擊坑被標定了地質年代。研究成果以「Lunar impact craters identification and age estimation with Chang'E data by deep and transfer learning（DOI: 10.1038/s41467-020-20215-y）」為題，於12月22日作為亮點(Highlighting)文章發表於Nature子刊《Nature Communications》。為我國首次建立了基於自動識別方法的精準月球撞擊坑資料庫，相關數據與模型對於月球及行星科學研究具有重要價值。該研究成果已被人民日報、新華社、中新社、NBC News、Popular Science、German Press Agency、Live Science、US News和CNN Digital等多家新聞媒體採訪和報導。
圖1. 嫦娥一號（Chang'e 1）與嫦娥二號（Chang'e-2）數據結合深度遷移學習的月球撞擊坑識別。a.嫦娥一號和嫦娥二號數字正射影像（DOM）與DOM數據融合及多尺度撞擊坑影像。b. 基於遷移學習的兩階段撞擊坑檢測流程圖。c.嫦娥一號數據撞擊坑檢測圖。
月球撞擊坑（lunar impact craters）又被稱為「月球化石」，是月球最典型的地貌單元及重要構造形態，它的形成與演化記錄了太陽系的動態歷史過程。月球撞擊坑的有效識別和年代估計對於月球地形地貌、地質構造、月球的地質年齡及太空飛行器著陸點鎖定等至關重要。月球探測過程中，由專家人工或自動識別的月球撞擊坑資料庫相繼建立。然而，由於識別方式與數據類型的差異性，使得現有資料庫在撞擊坑計數、位置和大小等方面存在一定分歧。
圖2 月球表面撞擊坑分布圖。a. 已知具有名字的撞擊坑（來自The International Astronomical Union, IAU）與具有年代的撞擊坑（來自Lunar and Planetary Institute, LPI）分布。紅色、棕色、黃色、綠色和藍色分別表示前酒海紀、酒海紀、雨海紀、愛拉託遜紀和哥白尼紀撞擊坑。灰色為具有名字的撞擊坑但無確定年齡。b. 新識別撞擊坑（直徑在550km-8km之間）年代標定分布圖。從時間尺度和空間分布上，不同年代撞擊坑呈現出各自的特點。
本研究利用稀缺的已知具有名字和年代的撞擊坑，構建了基於遷移學習的深度神經網絡模型，從嫦娥一號（Chang'e 1）與嫦娥二號（Chang'e-2）數據中漸進式的檢測撞擊坑並估計其地質年代。109,956個新撞擊坑被識別，數量為具有名字撞擊坑的十幾倍；18,996個（直徑大於8km）的新識別撞擊坑被標定了地質年代。新撞擊坑與人工識別撞擊坑資料庫一致性高達85.30%，大型撞擊坑和小型撞擊坑假陽性分別為4.49%±0.7%和4.67%±2.1%。從空間分布與對比現有撞擊坑年代學方法也證明了其年代標定的可靠性和一致性。基於深度遷移學習的撞擊坑資料庫對於月球及行星科學研究具有重要價值，該模型可協助科學家進行月球研究及應用於太陽系其他天體（如火星）。
該項研究工作由吉林大學、中國科學院國家天文臺、義大利特倫託大學（University of Trento）和冰島大學（University of Iceland）課題組合作完成。
這一研究工作得到中國月球探測計劃——「嫦娥工程」、國家自然科學基金、吉林省科技廳發展計劃等項目的支持。
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