SP.04 · Inteligencia Planetaria — Spectral Intelligence for Space Resources SP.04 · Planetary Intelligence — Spectral Intelligence for Space Resources

Mapeo Mineral Lunar — Cráter Copernicus
mediante Moon Mineralogy Mapper (M³) Lunar Mineral Mapping — Copernicus Crater
via Moon Mineralogy Mapper (M³)

Análisis de datos de reflectancia Level 2 del instrumento Moon Mineralogy Mapper (M³) a bordo de Chandrayaan-1 (NASA/ISRO). El objetivo es el cráter Copernicus (~9.6°N, 339.9°E), un cráter complejo joven cuyas cumbres centrales exponen material rico en olivino interpretado como manto superior lunar. Se procesan 85 bandas espectrales (430–3000 nm) a 140 m/pixel del Período Óptico 1 (Nov 2008 – Feb 2009) para discriminar fases minerales (olivino, piroxeno LCP/HCP) y generar índices de prospección de recursos lunares (CLPI — Cussen Lunar Prospection Indices).

Analysis of Level 2 reflectance data from the Moon Mineralogy Mapper (M³) instrument aboard Chandrayaan-1 (NASA/ISRO). The target is Copernicus Crater (~9.6°N, 339.9°E), a young complex crater whose central peaks expose olivine-rich material interpreted as upper mantle. We process 85 spectral bands (430–3000 nm) at 140 m/pixel from Optical Period 1 (Nov 2008 – Feb 2009) to discriminate mineral phases (olivine, LCP/HCP pyroxene) and derive lunar resource prospection indices (CLPI — Cussen Lunar Prospection Indices).

CLPI-01 CLPI-02 CLPI-03 M³ Chandrayaan-1 Reflectance L2 Olivine / Pyroxene Copernicus Crater OP1 2008–2009

85 Bandas espectrales (430–3000 nm) Spectral bands (430–3000 nm)

140 m/px Resolución espacial M³ M³ spatial resolution

~93 km Diámetro cráter Copernicus Copernicus Crater diameter

3 CLPI Índices de prospección propuestos Prospection indices proposed

LCP / HCP Discriminación de piroxenos Pyroxene discrimination

PDS3 Formato de ingestión de datos Data ingestion format

Figura 1 — Contexto Geográfico

Figure 1 — Geographic Context

Ubicación del Cráter Copernicus en la Cara Visible Lunar

Copernicus Crater Location on the Lunar Nearside

Mapa de contexto geográfico mostrando la ubicación del cráter Copernicus en la cara visible de la Luna. Copernicus (9.62°N, 20.08°W) es un cráter de impacto complejo de ~93 km de diámetro, ubicado en el Oceanus Procellarum, con edad estimada de ~800 Ma (período Copernicano).

Geographic context map showing the location of Copernicus Crater on the lunar nearside. Copernicus (9.62°N, 20.08°W) is a complex impact crater ~93 km in diameter, located in Oceanus Procellarum, with an estimated age of ~800 Ma (Copernican period).

Geographic Context — Copernicus Crater on the Lunar Nearside

Fig. 1 — Contexto geográfico del cráter Copernicus en la cara visible de la Luna · Oceanus Procellarum · 9.62°N, 20.08°W Fig. 1 — Geographic context of Copernicus Crater on the lunar nearside · Oceanus Procellarum · 9.62°N, 20.08°W

El cráter Copernicus se ubica en la región noroeste del Oceanus Procellarum, en la cara visible de la Luna. Su gran tamaño y juventud relativa lo convierten en un sitio ideal para estudiar la composición de la corteza y el manto superior lunar mediante espectroscopía de reflectancia.

Copernicus Crater is located in the northwestern region of Oceanus Procellarum on the lunar nearside. Its large size and relative youth make it an ideal site for studying the composition of the lunar crust and upper mantle through reflectance spectroscopy.

Figura 2 — Composición Mineral M³

Figure 2 — M³ Mineral Composite

Composición Mineral: R=IBD1000, G=IBD2000, B=R750

Mineral Composite: R=IBD1000, G=IBD2000, B=R750

Composición RGB clásica de parámetros espectrales M³ para la discriminación mineralógica a escala regional. Los colores codifican la profundidad de absorción integrada a 1 μm (IBD1000, máficos) y 2 μm (IBD2000, piroxenos), con la reflectancia en 750 nm como proxy de albedo.

Classic M³ spectral parameter RGB composite for regional mineralogical discrimination. Colors encode integrated band depth at 1 μm (IBD1000, mafics) and 2 μm (IBD2000, pyroxenes), with 750 nm reflectance as an albedo proxy.

M3 Mineral Composite — Copernicus Crater

Fig. 2 — Composición mineral (IBD1000:IBD2000:R750) · M³ L2 Reflectance · Copernicus Crater · OP1 2008–2009 Fig. 2 — Mineral composite (IBD1000:IBD2000:R750) · M³ L2 Reflectance · Copernicus Crater · OP1 2008–2009

Los tonos verdes indican piroxeno dominante (alta absorción a 2 μm), los rojos revelan olivino (fuerte absorción a 1 μm sin absorción significativa a 2 μm), y los tonos azulados corresponden a materiales de tierras altas con alto albedo (anortosita). Las cumbres centrales de Copernicus muestran firma olivinítica prominente, consistente con excavación profunda de material del manto superior.

Green tones indicate dominant pyroxene (strong 2 μm absorption), reds reveal olivine (strong 1 μm absorption without significant 2 μm feature), and blue tones correspond to high-albedo highland materials (anorthosite). Copernicus central peaks show a prominent olivine signature, consistent with deep excavation of upper mantle material.

Interpretación: Interpretation: La composición mineral es consistente con tres unidades litológicas principales en la región de Copernicus: (1) material de cumbres centrales rico en olivino con ratio BD1/BD2 > 3, (2) paredes del cráter con piroxeno dominante, y (3) eyecta mixto con mezcla plagioclasa-piroxeno. El contraste espectral entre las cumbres centrales y las paredes es consistente con la hipótesis de excavación hasta el manto superior lunar (Pieters et al., 2009). The mineral composite is consistent with three main lithological units in the Copernicus region: (1) olivine-rich central peak material with BD1/BD2 ratio > 3, (2) pyroxene-dominated crater walls, and (3) mixed ejecta with plagioclase-pyroxene blend. The spectral contrast between central peaks and walls is consistent with the hypothesis of excavation into the lunar upper mantle (Pieters et al., 2009).

Figura 3 — Discriminación de Piroxenos

Figure 3 — Pyroxene Discrimination

Mapa de Discriminación de Piroxenos — Centros de Banda 1 y 2

Pyroxene Discrimination Map — Band 1 & 2 Centers

El mapeo de centros de absorción permite discriminar entre piroxeno de bajo calcio (LCP — ortopiroxeno) y piroxeno de alto calcio (HCP — clinopiroxeno). Los centros de banda se obtienen tras la remoción del continuo en las regiones de 1 μm y 2 μm.

Band center mapping enables discrimination between low-calcium pyroxene (LCP — orthopyroxene) and high-calcium pyroxene (HCP — clinopyroxene). Band centers are derived after continuum removal in the 1 μm and 2 μm regions.

Criterio de clasificación LCP / HCP

LCP / HCP classification criteria

LCP (orthopyroxene): Band 1 center < 930 nm, Band 2 center < 1950 nm HCP (clinopyroxene): Band 1 center > 950 nm, Band 2 center > 2050 nm Continuum removal: linear fit to shoulders at ~750 nm and ~1550 nm (Band 1) linear fit to shoulders at ~1550 nm and ~2500 nm (Band 2)

M3 Spectral Profiles — Copernicus Crater

Fig. 3 — Centros de absorción Band 1 y Band 2 · Discriminación LCP vs HCP · Copernicus Crater Fig. 3 — Band 1 & Band 2 absorption centers · LCP vs HCP discrimination · Copernicus Crater

El mapa muestra la zonación composicional de piroxenos en las paredes y el piso del cráter. Las zonas con centros de banda cortos (LCP, tonos fríos) dominan las paredes superiores, mientras que los piroxenos de alto calcio (HCP, tonos cálidos) se concentran en el piso y los depósitos de impacto fundido.

The map shows pyroxene compositional zonation in the crater walls and floor. Short band-center zones (LCP, cool tones) dominate the upper walls, while high-calcium pyroxenes (HCP, warm tones) concentrate on the floor and impact melt deposits.

Continuum Removal Methodology — 1μm and 2μm Absorption Bands

Fig. 3b — Remoción del continuo para extracción de centros de banda · Bandas de absorción a 1 μm y 2 μm · M³ L2 Fig. 3b — Continuum removal for band center extraction · 1 μm and 2 μm absorption bands · M³ L2

Técnica de remoción del continuo aplicada a los espectros M³ para aislar las bandas de absorción a 1 μm y 2 μm. El ajuste lineal entre los hombros espectrales permite normalizar el espectro y extraer la posición del centro de banda, parámetro clave para la discriminación LCP/HCP.

Continuum removal technique applied to M³ spectra to isolate the 1 μm and 2 μm absorption bands. The linear fit between spectral shoulders normalizes the spectrum and enables extraction of the band center position, a key parameter for LCP/HCP discrimination.

Zonación LCP/HCP: LCP/HCP zonation: La clara separación espacial entre LCP y HCP en las paredes del cráter refleja la estratigrafía composicional de la corteza lunar: las capas superiores (norita, rica en ortopiroxeno) quedan expuestas en las paredes, mientras que las capas más profundas (gabbro, ricas en clinopiroxeno) aparecen en el piso. Esta zonación es consistente con un modelo de corteza diferenciada y tiene implicaciones para la prospección de recursos (el piroxeno rico en calcio es proxy de fertilidad mineral). The clear spatial separation between LCP and HCP in the crater walls reflects the compositional stratigraphy of the lunar crust: upper layers (norite, orthopyroxene-rich) are exposed in the walls, while deeper layers (gabbro, clinopyroxene-rich) appear on the floor. This zonation is consistent with a differentiated crust model and has implications for resource prospection (Ca-rich pyroxene is a proxy for mineral fertility).

Figura 4 — Compuesto CLPI de Prospección

Figure 4 — CLPI Prospection Composite

Compuesto de Prospección Lunar CLPI — R=MRI, G=HPI, B=R750

CLPI Lunar Prospection Composite — R=MRI, G=HPI, B=R750

Composición RGB de los índices CLPI propuestos para visualizar simultáneamente recursos máficos (olivino+piroxeno), potencial de hidratación y albedo superficial. Este marco de prospección traslada directamente la metodología terrestre SST/KHAI al contexto lunar.

RGB composite of the proposed CLPI indices to simultaneously visualize mafic resources (olivine+pyroxene), hydration potential, and surface albedo. This prospection framework directly transfers the terrestrial SST/KHAI methodology to the lunar context.

CLPI Prospection Analysis — Copernicus Crater

Fig. 4 — Compuesto CLPI (MRI:HPI:R750) · Índices de prospección propuestos · Copernicus Crater · M³ L2 Fig. 4 — CLPI composite (MRI:HPI:R750) · Proposed prospection indices · Copernicus Crater · M³ L2

Los tonos rojos intensos destacan zonas de alta concentración máfica (olivino puro en cumbres centrales). Los tonos verdes revelan señales sutiles de hidratación detectadas en latitudes más altas de la escena. El canal azul normaliza por albedo, permitiendo discriminar entre materiales oscuros máficos y brillantes de tierras altas.

Intense red tones highlight high mafic concentration zones (pure olivine on central peaks). Green tones reveal subtle hydration signals detected at higher latitudes in the scene. The blue channel normalizes by albedo, enabling discrimination between dark mafic and bright highland materials.

Índices CLPI — Cussen Lunar Prospection Indices

CLPI — Cussen Lunar Prospection Indices

Índices de Prospección Lunar Propuestos

Proposed Lunar Prospection Indices

Tres índices espectrales propuestos para la evaluación cuantitativa de recursos minerales y volátiles lunares a partir de datos hiperespectrales M³. Estos índices son propuestos y están pendientes de validación.

Three spectral indices proposed for quantitative assessment of lunar mineral and volatile resources from M³ hyperspectral data. These indices are proposed and pending validation.

Código	Code	Nombre	Name	Fórmula
CLPI-01	MRI (Mafic Resource Index)	IBD1000 × IBD2000 / R750²	Concentración de recursos máficos normalizada por albedo	Mafic resource concentration normalized by albedo
CLPI-02	HPI (Hydration Prospection Index)	Band depth @ 2800 nm	Profundidad de absorción a 2800 nm como proxy de OH/H₂O	Band depth at 2800 nm as OH/H₂O proxy
CLPI-03	OPI (Olivine Purity Index)	BD1 × max(0, 1 − BD2/0.05)	Discrimina olivino puro vs mezcla olivino-piroxeno	Discriminates pure olivine vs olivine-pyroxene mixture

CLPI-01 — Mafic Resource Index (MRI)

MRI = IBD1000 × IBD2000 / R750² IBD1000 = ∑ (1 − R_λ/R_cont) for λ ∈ [900, 1050 nm] IBD2000 = ∑ (1 − R_λ/R_cont) for λ ∈ [1900, 2300 nm] R750 = reflectance at 750 nm (albedo proxy)

CLPI-02 — Hydration Prospection Index (HPI)

HPI = 1 − R₂₈₀₀ / R_cont,2800 Continuum: linear fit between 2600 nm and 3000 nm shoulders Sensitive to hydroxyl (OH) and molecular water (H₂O) in regolith

CLPI-03 — Olivine Purity Index (OPI)

OPI = BD1_depth × max(0, 1 − BD2_depth / 0.05) BD1_depth = continuum-removed depth at Band 1 minimum (~1050 nm) BD2_depth = continuum-removed depth at Band 2 minimum (~2000 nm) Pure olivine: strong BD1, negligible BD2 → OPI → BD1_depth Pyroxene mix: BD2 > 0.05 → OPI → 0

Los índices CLPI son propuestos por el autor y no provienen de la literatura existente. Están diseñados como extensión del marco de prospección terrestre (Framework Cussen MAR.01/MAR.02) al contexto planetario, y requieren validación con datos de terreno y bibliotecas espectrales de laboratorio.

CLPI indices are proposed by the author and are not derived from existing literature. They are designed as an extension of the terrestrial prospection framework (Cussen Framework MAR.01/MAR.02) to the planetary context, and require validation with ground-truth data and laboratory spectral libraries.

Hallazgos Principales

Key Findings

Resultados y Conclusiones

Results and Conclusions

1. Exposiciones de olivino en cumbres centrales: 1. Olivine exposures on central peaks: Se detectan exposiciones ricas en olivino en las cumbres centrales de Copernicus, caracterizadas por un alto ratio BD1/BD2 (> 3). La profundidad de absorción a 1 μm y la ausencia de absorción significativa a 2 μm son consistentes con olivino de composición forsterítica (Fo~80), interpretado como material excavado del manto superior. Olivine-rich exposures are detected on Copernicus central peaks, characterized by a high BD1/BD2 ratio (> 3). The 1 μm absorption depth and absence of significant 2 μm absorption are consistent with forsteritic olivine (Fo~80), interpreted as excavated upper mantle material.

2. Zonación LCP/HCP en paredes del cráter: 2. LCP/HCP zonation in crater walls: El mapeo de centros de banda revela una clara estratigrafía composicional: ortopiroxeno (LCP) dominante en las paredes superiores y clinopiroxeno (HCP) concentrado en el piso y depósitos de impacto fundido. Esta distribución refleja la diferenciación vertical de la corteza lunar en la región de Copernicus. Band center mapping reveals a clear compositional stratigraphy: orthopyroxene (LCP) dominant in the upper walls and clinopyroxene (HCP) concentrated on the floor and impact melt deposits. This distribution reflects the vertical differentiation of the lunar crust in the Copernicus region.

3. Limitaciones a esta latitud: 3. Limitations at this latitude: A 9.6°N, Copernicus se encuentra en la zona ecuatorial donde la señal de OH/H₂O a 2800 nm es débil o inexistente según Pieters et al. (2009). Un análisis preliminar del índice HPI mostró artefactos consistentes con emisión térmica residual, no con hidratación real. Por esta razón, el CLPI-02 (HPI) no se incluye en los resultados finales para esta región. Su aplicación sería más apropiada en latitudes >60° (polos lunares). At 9.6°N, Copernicus lies in the equatorial zone where the OH/H₂O signal at 2800 nm is weak to nonexistent according to Pieters et al. (2009). A preliminary HPI analysis showed artifacts consistent with residual thermal emission, not real hydration. For this reason, CLPI-02 (HPI) is not included in the final results for this region. Its application would be more appropriate at latitudes >60° (lunar poles).

4. Transferencia metodológica terrestre→lunar: 4. Terrestrial→lunar methodology transfer: El marco CLPI sugiere que la aproximación de índices espectrales desarrollada para análisis de SST y hábitat kelp (Framework Cussen MAR.01/MAR.02) puede transferirse directamente a la prospección de recursos planetarios, adaptando las longitudes de onda y umbrales al contexto de la superficie lunar. The CLPI framework suggests that the spectral index approach developed for SST and kelp habitat analysis (Cussen Framework MAR.01/MAR.02) can be directly transferred to planetary resource prospection, adapting wavelengths and thresholds to the lunar surface context.

Metodología

Methodology

Datos, procesamiento y stack técnico

Data, processing, and tech stack

Parámetro	Parameter	Detalle
Instrumento	Instrument	Moon Mineralogy Mapper (M³) — Chandrayaan-1
Nivel de producto	Product level	Level 2 — Reflectance (thermally corrected)
Período	Period	Optical Period 1 (OP1) — Nov 2008 – Feb 2009
Objetivo	Target	Copernicus Crater (~9.6°N, 339.9°E)
Bandas espectrales	Spectral bands	85 bandas (430–3000 nm)
Resolución espacial	Spatial resolution	140 m/pixel
Formato de datos	Data format	PDS3 (NASA Planetary Data System)
Fuente de descarga	Data source	PDS Geosciences Node (pds-geosciences.wustl.edu)
Ingestión de datos	Data ingestion	Spectral Python (SPy) + pvl
Máscara de calidad	Quality mask	Shadows, saturation, detector artifacts
Lenguaje	Language	Python 3.12
Librerías	Libraries	spectral (SPy) · pvl · NumPy · SciPy · Matplotlib

Python Spectral Python pvl NumPy SciPy Matplotlib PDS3

Referencias

References

Bibliografía

Bibliography

Pieters, C.M. (1982). Copernicus Crater Central Peak: Lunar Mountain of Unique Composition. Science, 215(4528), 59–61.
Pieters, C.M. et al. (2009). Character and Spatial Distribution of OH/H₂O on the Surface of the Moon Seen by M³ on Chandrayaan-1. Science, 326(5952), 568–572.
Green, R.O. et al. (2011). The Moon Mineralogy Mapper (M³) imaging spectrometer for lunar science. JGR: Planets, 116, E00G19.
Clark, R.N. et al. (2011). Thermal removal from near-infrared imaging spectroscopy data of the Moon. JGR: Planets, 116, E00G16.
Clark, R.N. & Roush, T.L. (1984). Reflectance Spectroscopy: Quantitative Analysis Techniques for Remote Sensing Applications. JGR: Solid Earth, 89(B7), 6329–6340.
Milliken, R.E. & Li, S. (2017). Remote detection of widespread indigenous water in lunar pyroclastic deposits. Nature Geoscience, 10, 561–565.
Li, S. et al. (2018). Direct evidence of surface exposed water ice in the lunar polar regions. PNAS, 115(36), 8907–8912.
Moriarty, D.P. & Pieters, C.M. (2018). The Character of South Pole–Aitken Basin: Patterns of Surface and Subsurface Composition. JGR: Planets, 123.

Análisis espectral para su proyecto

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Procesamiento de datos hiperespectrales planetarios y terrestres, mapeo mineralógico y diseño de índices espectrales a medida para prospección de recursos.

Planetary and terrestrial hyperspectral data processing, mineralogical mapping, and custom spectral index design for resource prospection.

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