Un breve riassunto della storia dell'astrometria, sia visivo che... uditivo, prima di tuffarci nel vivo della missione Gaia. Buon ascolto!

 

l'articolo che segue è la traduzione di questo http://sci.esa.int/gaia/58311-from-hipparchus-to-hipparcos-a-sonification-of-stellar-catalogues/

22 settembre 2016
La missione Gaia dell'ESA ha recentemente pubblicato la sua prima serie di dati, basata sulle osservazioni ottenute con il satellite durante i suoi primi 14 mesi di attività scientifiche. Questa ambiziosa missione è il culmine di oltre duemila anni di astrometria: la scienza della mappatura del cielo. Una nuova sonificazione ^(*) dimostra in modo inedito i notevoli progressi compiuti in vista del primo rilascio di dati da Gaia.

(*) Sonificazione = processo che determina la trasformazione di eventi fisici (opportunamente elaborati in dati matematici e fisici) in elementi acustici. Costituisce la controparte acustica di una visualizzazione grafica.

 

L'astronomia è una delle prime scienze naturali sviluppate dalle prime civiltà in tutto il mondo e l'astrometria è una delle più antiche branche dell'astronomia. Nel corso dei secoli, con l'avanzare delle innovazioni tecniche e la disponibilità di nuovi strumenti, la storia della mappatura dei cieli si è gradualmente sviluppata. Gli astronomi potevano vedere oggetti celesti più deboli e più distanti, misurando la posizione, la luminosità e il colore di ogni stella in modo sempre più preciso per determinarne distanza, velocità attraverso la Galassia e composizione fisica.

Per trasmettere i progressi compiuti nel campo dell'astrometria, è stata creata una nuova rappresentazione utilizzando la sonificazione - la pratica di trasformare i dati in suono - di Jamie Ferguson in collaborazione con ESA. Jamie si interessò per la prima volta alla sonificazione durante il suo Master in informatica e ha recentemente applicato questa tecnica alla sfida di comunicare l'astronomia agli studenti ipovedenti . Presto inizierà i suoi studi di dottorato sull'uso della sonificazione nel contesto della ricerca, educazione e sensibilizzazione sull'astronomia.

"L'orecchio umano è incredibilmente efficace nel riconoscere i modelli nei suoni, rendendo la sonificazione uno strumento ideale per localizzare caratteristiche e anomalie in vasti set di dati che sono comuni in astronomia - come l'enorme quantità di dati contenuti nei cataloghi stellari " ha detto Jamie.

"La sonificazione non è solo uno strumento di ricerca incredibilmente utile in astronomia, ma sta iniziando a far sì che questo campo del sapere sia sempre più coinvolgente per le persone ipovedenti, che non possono interagire con i comuni supporti visivi che usano normalmente i media per divulgare l'astronomia" .

Dopo aver analizzato numerosi cataloghi di stelle antiche e moderne, Jamie ha creato un software in grado di mappare i vari parametri astronomici forniti in ciascun catalogo e di convertirli in un paesaggio sonoro. Il risultato è una breve clip audio, da Ipparco a Hipparcos: una sonificazione di cataloghi stellari , che possono essere ascoltati e scaricati dal canale SoundCloud dell'ESA .

Questo progetto è stato sviluppato nelle settimane precedenti il primo rilascio di dati da parte di Gaia, quindi descrive lo stato dei cataloghi astrometrici prima del suo avvento. Seguirà un'estensione della sonificazione, che includerà i dati della prima versione di Gaia.
Da Ipparco a Hipparcos inizia con una sonificazione dell'antico catalogo stellare compilato dall'astronomo greco Ipparco di Nicea nel II secolo a.C. e procede attraverso diversi altri cataloghi storici, prima di terminare con il catalogo di Hipparcos, pubblicato nel 1997 e basato su dati dell'ESA del satellite Hipparcos, predecessore di Gaia, la prima missione spaziale dedicata all'astrometria.

Il miglioramento della quantità e della precisione dei dati, nonché l'aumento del contenuto informativo e delle dimensioni di ciascun catalogo, sono palpabili quando il file audio evolve dall'antico Ipparco al moderno Hipparcos.

Per i cinque cataloghi più antichi (vedi elenco in calce all'articolo), che elencano solo posizioni stellari e luminosità, Jamie ha mappato ogni stella in uno spazio sonoro virtuale basato sulla sua posizione 2D sul cielo, e ha usato la luminosità di ogni stella per modulare il tono di ogni suono. Ha anche aggiunto uno sfondo di rumore bianco per trasmettere l'accuratezza delle misurazioni - questo diventa meno udibile per i cataloghi più moderni e accurati.

Nei primi tre cataloghi (Ipparco, Ulugh Beg e Tycho Brahe), il suono corrispondente a ciascuna stella viene riprodotto individualmente; per i successivi, più grandi cataloghi (Flamsteed, Lalande, Yale Trigonometric Parallax Catalogue e Hipparcos), vengono riprodotti simultaneamente i suoni corrispondenti a più di una stella per comprimere il gran numero di astri contenuti in questi cataloghi, che hanno la stessa durata dei più antichi.

Poiché le distanze dalle stelle non erano note fino al diciannovesimo secolo, nei primi cinque cataloghi i suoni hanno tutti lo stesso volume. Il volume viene quindi utilizzato come parametro aggiuntivo negli ultimi due cataloghi (il catalogo trigonometrico di parallasse di Yale e il catalogo di Hipparcos) per convogliare le distanze stellari misurate tramite parallasse - lo spostamento annuale della posizione di una stella nel cielo, causato dal movimento della Terra attorno al Sole ed inversamente proporzionale alla distanza della stella.

I cataloghi moderni contengono una quantità di ulteriori informazioni rispetto a posizioni e distanze stellari, quindi Jamie ha dovuto creare suoni aggiuntivi per tradurle. Ha aggiunto un suono "sibilante", che viene riprodotto una volta ogni cinque iterazioni del suono principale, per rappresentare i colori stellari (che sono, a loro volta, indicativi delle temperature stellari). La frequenza del sibilo è più bassa per le stelle blu / più calde e più alta per quelle rosse / più fredde.

Per il catalogo Hipparcos, alla fine della clip, Jamie ha codificato le informazioni sul movimento corretto delle stelle - la proiezione sul cielo del vero movimento della stella attraverso lo spazio - nella durata del sibilo, che è l'abbreviazione di movimento rapido stelle e più lunghe per stelle che si muovono più lentamente.

Di seguito sono disponibili ulteriori informazioni sui cataloghi campionati.

 

Da Ipparco a Hipparcos: una sonificazione di cataloghi stellari - Dettagli del file audio

 

Strumenti: osservazioni ad occhio nudo, astrolabi, sestanti e quadranti

1) Ipparco di Nicea compilò il più antico catalogo completo conosciuto di posizioni stellari nel II secolo a.C. Il suo lavoro, basato su osservazioni ancora più antiche degli astronomi assiro-babilonesi, fu tramandato trecento anni dopo da Tolomeo, nel suo trattato del II secolo d.C., noto come Almagesto , "Il più grande". Il catalogo di Ipparco fu compilato con osservazioni a occhio nudo e con i pochi strumenti disponibili all'epoca (gnomoni, astrolabi e sfere armillari). Elenca le posizioni di 850 stelle con una precisione inferiore a un grado ^[1] .

Parametri usati per creare il suono: Pitch (luminosità della stella) e posizione nello spazio del suono (posizione della stella: retta ascensione e declinazione); rumore di sottofondo per trasmettere la precisione delle misurazioni. Ogni stella viene suonata individualmente.

 

2) Nel XV secolo, Ulugh Beg della dinastia dei Timuridi creò un catalogo di 994 stelle. Governatore dell'Asia centrale, fu anche astronomo e matematico e costruì un enorme sestante con un raggio di 36 metri a Samarcanda, situato nell'odierno Uzbekistan. Il catalogo di Ulugh Beg ha una precisione leggermente migliore di quello di Ipparco.

Parametri usati per creare il suono: Pitch (luminosità della stella) e posizione nello spazio del suono (posizione della stella: retta ascensione e declinazione); rumore di sottofondo per trasmettere la precisione delle misurazioni. Ogni stella viene suonata individualmente.

 

3) Verso la fine del sedicesimo secolo, l'astronomo danese Tycho Brahe misurò le posizioni di circa 1000 stelle con una precisione di circa un minuto d'arco ^[2] , usando grandi quadranti e sestanti nell'osservatorio di Uraniborg sull'isola di Hven (nell'attuale Svezia ). Il suo catalogo fu completato nel 1598 e pubblicato nel 1627.

Parametri usati per creare il suono: Pitch (luminosità della stella) e posizione nello spazio sonoro (posizione 2D: ascensione e declinazione destra); rumore di sottofondo per trasmettere la precisione delle misurazioni. Ogni stella viene suonata individualmente.

 

Strumenti: Telescopio, quadranti, sestanti

4) Nel 1725, l'astronomo inglese John Flamsteed pubblicò il primo catalogo stellare compilato con l'aiuto di un telescopio, elencando le posizioni di quasi 3000 stelle con una precisione di 10-20 secondi d'arco.

Parametri usati per creare il suono: Pitch (luminosità della stella) e posizione nello spazio sonoro (posizione 2D: ascensione e declinazione destra); rumore di sottofondo per trasmettere la precisione delle misurazioni. I gruppi di due stelle vengono suonati contemporaneamente.

 

5) Nel 1801, l'astronomo francese Jérôme Lalande pubblicò un catalogo ancora più grande con la posizione di 50 000 stelle e una precisione di circa tre secondi d'arco.

Parametri usati per creare il suono: Pitch (luminosità della stella) e posizione nello spazio sonoro (posizione 2D: ascensione e declinazione destra); rumore di sottofondo per trasmettere la precisione delle misurazioni. I gruppi di tre stelle vengono suonati contemporaneamente.

 

Strumenti: Telescopio, fotografia

6) Il Yale Trigonometric Parallax Catalogue fu pubblicato nel 1995 dall'astronomo americano William van Altena, che completò il lavoro iniziato da Frank Schlesinger nel 1924 (che aveva compiuto un enorme passo avanti nel campo grazie ai progressi nell'uso delle lastre fotografiche) e continuato da Louise Freeland Jenkins nel 1952. È il più grande catalogo di parallassi stellari compilato con telescopi terrestri, che elenca posizioni e parallassi per oltre 8000 stelle, con una precisione di circa 0,01 secondi d'arco.

Parametri usati per creare il suono: Pitch (luminosità della stella) e posizione nello spazio sonoro (posizione 2D: ascensione e declinazione destra); volume (distanza); sibilo (colore); rumore di sottofondo per trasmettere la precisione delle misurazioni. I gruppi di cinque stelle vengono suonati contemporaneamente.

 

Strumento: telescopio spaziale

7) La missione Hipparcos dell'ESA, operativa dal 1989 al 1993, fu il primo telescopio spaziale dedicato alla misurazione delle posizioni stellari. Il catalogo Hipparcos, pubblicato nel 1997, contiene la posizione, la parallasse e il movimento corretto di 117 955 stelle con una precisione di 0,001 secondi d'arco, consentendo agli astronomi di sondare distanze stellari fino a oltre 300 anni luce.

Parametri usati per creare il suono: Pitch (luminosità della stella) e posizione nello spazio sonoro (posizione 2D: ascensione e declinazione destra); volume (distanza); sibilo (colore); lunghezza del sibilo (movimento corretto). L'altissima precisione di questo catalogo è garantita dall'assenza di rumori di sottofondo. I gruppi di dieci stelle vengono suonati contemporaneamente.

 

Note:

[1] Un grado è il doppio della dimensione angolare della Luna piena o la larghezza del proprio mignolo visto a distanza di un braccio.

[2] Minuti o secondi di arco sono usati per descrivere angoli molto piccoli. Un minuto d'arco è 1/60 di grado e un secondo d'arco è 1/60 di un minuto d'arco. Un minuto d'arco è all'incirca la larghezza del bordo di una carta di credito vista da una distanza di 2,5 m; un secondo d'arco è la larghezza di un capello umano visto da una distanza di 10 m.

 

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