Artefatti, etica e riflessioni sull'imaging planetario

Questo post è in parte tratto dal mio libro "Tecniche, trucchi e segreti dell'imaging planetario", disponibile in formato ebook e in cartaceo.

 

L'imaging planetario è una branca dell'astronomia amatoriale molto prolifica quanto a risultati estetici e scientifici, ma è anche quella più sensibile a errori e pericolose derive che possono allontanare gli astroimager, soprattutto i meno esperti, dallo scopo della nostra attività: la passione per l'Universo, in particolare per i pianeti; la voglia di scoprirli in dettaglio, di mettere alla prova noi stessi, la nostra strumentazione e, soprattutto, il voler partecipare, attraverso la collaborazione e la condivisione, al miglioramento della nostra conoscenza. 

Anche se l'imaging planetario viene condotto a livello amatoriale, quindi come un hobby, le responsabilità che implica, soprattutto quando decidiamo di partecipare alla vita pubblica, non possono essere declassate: che ci piaccia o no, ogni volta che riprendiamo i pianeti stiamo facendo scienza. I nostri strumenti sono ormai così potenti che qualsiasi immagine è preziosa per comprendere qualcosa di più su questi ancora misteriosi corpi celesti. 

Nel momento in cui scopriamo quindi le nostre carte e pubblichiamo i dati, sia su siti astronomici o sulla nostra pagina facebook, abbiamo di fronte a noi stessi e a tutti gli altri una forte responsabilità etica, morale e scientifica: assicurarci che quello che abbiamo ripreso corrisponda effettivamente alla realtà. 

Purtroppo non basta la buona fede dell'astrofotografo a garantire che un'immagine planetaria sia esente da particolari non reali e che rappresenti quindi una realtà in qualche modo alterata. All'integrità morale devono essere affiancate altre qualità tra cui competenza, conoscenza del corpo celeste e delle sue dinamiche, ma anche e soprattutto spirito di condivisione, umiltà, voglia di confrontarsi e piena trasparenza, perché le prime verranno con il tempo e con l'esperienza se e solo se saremo abbastanza umili da metterci in gioco ogni giorno, anche quando ci sentiremo dei super esperti infallibili, perché una cosa è certa: nessuno è infallibile.

La dura verità è che in ogni immagine astronomica c’è sempre un nemico da dover combattere ed evitare a ogni costo: gli artefatti, dettagli o disturbi fittizi che pregiudicano la qualità scientifica ed estetica della ripresa. Prima prendiamo atto di questo e minori saranno le possibilità di prendere un clamoroso abbaglio in futuro, perché prima o poi l’occasione si presenterà inevitabilmente.

Gli artefatti alterano la reale natura della sorgente e possono rendersi visibili a causa di un procedimento di elaborazione sbagliato o della stessa architettura del sensore di ripresa (dinamica, rumore, amplificatore), dell’ambiente circostante (disturbi elettromagnetici) e del telescopio (come la vignettatura, cioè una caduta di luce ai bordi, o imperfezioni nella lavorazione degli specchi).

Benché il procedimento di elaborazione di un’immagine possa fornire in apparenza un risultato esteticamente molto diverso a seconda del procedimento e della bravura di ogni astrofotografo, è altresì vero che ogni tipo di ripresa debba rappresentare la realtà, un fatto oggettivo.

A prescindere dal tipo di elaborazione, i dettagli visibili non devono quindi cambiare: può variare il colore, il contrasto e la luminosità; l’immagine può risultare più o meno rumorosa, più o meno sfocata, ma il numero, le dimensioni e la forma dei particolari devono prescindere dall’elaborazione. In altre parole, l’informazione originale non deve essere in alcun modo alterata ma solamente resa più visibile.

Qualsiasi immagine nella quale i particolari siano stati trasformati, oppure ancora ne sono apparsi di fittizi, non è più valida, né dal punto di vista scientifico, né estetico. Questo è il punto fondamentale che dovrebbe differenziare l’imaging astronomico (di natura estetica e a maggior ragione scientifica) da quello puramente artistico. In questo secondo caso, per definizione, non ci sono limiti alla creatività dell’artista, mentre nel primo non si può prescindere dai dati reali che vengono raccolti dai nostri sensori digitali. Chi non è interessato a fare delle proprie immagini dei dati di analisi scientifica non è vincolato a questa regola, ma comunque a una propria etica: gli astronomi amatoriali non sono artisti ma persone che cercano di rappresentare l’Universo per quello che è.

La comparsa degli artefatti può essere più frequente di quanto si possa pensare ed è bene che siano riconosciuti ed evitati, anche se non sempre è possibile.

Spesso è l’attaccamento alla propria immagine che impedisce di vedere ciò che un osservatore estraneo e imparziale noterebbe alla prima occhiata, da qui un consiglio generale e molto importante: noi dobbiamo essere i critici più severi dei nostri lavori. Non dobbiamo cercare di difendere un’immagine che dopo ore di elaborazione ci sembra perfetta, o che mostra dettagli mai ripresi da nessun altro fino ad ora.

Prima è meglio sottoporre il metodo di elaborazione a una serie di controlli e verifiche, aiutandoci con il confronto tra le decine di immagini che ormai con un semplice click del mouse si possono visualizzare quasi in tempo reale.

Poi manteniamo sempre il contatto con qualche legge fisica fondamentale: per quanto possiamo considerarci bravi, è impossibile riprendere la bandiera americana sventolare (davvero?) sul suolo lunare o gli alieni che ci salutano da Marte.

Questi sono naturalmente casi volutamente esasperati, ma spesso può succedere di prendere delle serie cantonate e non vederle. Quale esempio un po’ più verosimile?

È impossibile catturare dettagli su oggetti che sono molto al di sotto del potere di separazione del telescopio. Non possiamo sperare di risolvere Tritone, satellite di Nettuno, e vedere dettagli, poiché il suo disco ha un diametro inferiore a 0,1”! Non possiamo sperare di riprendere le formazioni sulla superficie di Titano con un telescopio di 20 centimetri, primo perché le dimensioni del satellite sono al limite del diametro della figura di diffrazione per lo strumento, secondo perché l’atmosfera nel visibile è completamente opaca.

Se quindi otteniamo un’immagine del genere su Urano

non dobbiamo gridare al miracolo e farci prendere dalla sindrome di onnipotenza, piuttosto dubitare fortemente del nostro operato.

Facile a dirsi, meno da farsi e io sono stato il primo a cadere, diversi anni fa, in questa trappola, alimentata dall’entusiasmo irrefrenabile di un giovane uomo.

Bisogna però mantenere la calma e capire una cosa importante: l’astronomia raramente gioca brutti scherzi. Se quei particolari sono davvero reali (difficilissimo) saremo in grado di riprenderli ogni volta che le condizioni atmosferiche lo permettono e devono corrispondere alle caratteristiche fisiche del corpo celeste.

Quando andiamo verso il limite della nostra strumentazione, e questo generalmente succede per i pianeti remoti come Urano e Nettuno, i piccoli satelliti di Giove, Venere e Mercurio, è necessario stare molto attenti.

Non possiamo pretendere che il telescopio, per quanto potente e utilizzato dalla persona più capace del mondo (ecco, giusto per confermare il fatto di mantenere i piedi per terra), sia stato in grado di catturare un’immagine più definita di quella del telescopio spaziale Hubble.

È più probabile che abbiamo commesso qualche errore in fase di elaborazione che ha creato dettagli che non esistono. Bene, rimbocchiamoci le maniche e cerchiamo di scovarlo. In questo modo metteremo in atto un processo di indagine che sarà utilissimo per noi e per tutti gli altri appassionati impegnati nel nostro stesso lavoro (o davvero pensiamo di essere gli unici in tutto?).

Non sempre è facile riconoscere gli artefatti, ma sicuramente su nessun pianeta compaiono cerchi concentrici, bande oblique, righe e spirali più regolari di un disegno ingegneristico.

Conoscere il pianeta aiuta moltissimo: se su Giove scopriamo una banda che attraversa i poli da nord a sud sappiamo già che a meno di un evento catastrofico, che in molti avrebbero già notato, questo particolare non può essere reale perché la circolazione atmosferica si sviluppa lungo i paralleli e non lungo i meridiani (non c’è proprio evento naturale che possa farlo!).

Stessa cosa per Venere, ma in modo più sottile: le nubi possiedono una certa simmetria attorno all’equatore, estendendosi principalmente proprio parallelamente a esso.

Una banda più scura simile a quelle di Giove che l’attraversa obliquamente, magari proprio parallela al lato lungo o corto del sensore, è sicuramente un difetto della nostra camera di ripresa che è venuto a galla con l’elaborazione.

La domande che sorge spontanea, a questo punto, è: come evitare gli artefatti?

Prima di tutto evitiamo di massacrare le nostre immagini con elaborazioni pasticciate e troppo intense. Semplici maschere di contrasto o filtri wavelet sono tutto ciò che ci serve per far emergere tutti i dettagli. Il resto dell’elaborazione serve solo per farli vedere al meglio, in un ritocco estetico alla ricerca della perfezione che non tutti, soprattutto gli astronomi professionisti, vedono di buon occhio. Ma, considerazioni tecniche a parte, i particolari, se ci sono, emergono subito, non dopo decine di passaggi con programmi nati per altri scopi, quali Photoshop o i deleteri software per l’eliminazione del rumore.

Oltre a questi consigli è sufficiente applicare il metodo scientifico.

Se un dettaglio è reale, questo deve emergere con diversi metodi elaborativi e non solo con l’applicazione di un determinato filtro di contrasto.

Ma è nella fase di ripresa che possiamo creare le condizioni per non prendere clamorosi abbagli.

Gli artefatti, in effetti, hanno una curiosa doppia tendenza: quelli generati dalla camera di ripresa restano stazionari, mantenendo sempre la stessa posizione sul sensore, mentre quelli creati da un’elaborazione eccessiva (il rumore casuale che sembra essersi organizzato) non si ripetono mai uguali da un’immagine all’altra.

Quali sono gli effetti di questo comportamento duale?

Che in nessun caso in riprese consecutive gli artefatti avranno la stessa forma e la stessa orientazione rispetto al pianeta.

Se effettuiamo due video ruotando la camera di almeno 50°, gli artefatti del primo tipo resteranno ancorati alla posizione del sensore e non ruoteranno con il pianeta.

Se le riprese sono distanziate di qualche minuto, questi non seguiranno nemmeno la rotazione planetaria attorno all’asse.

Quelli generati dall’enfatizzazione del rumore casuale tenderanno semplicemente a sparire o cambiare forma. Se sono causati dalle particolari condizioni di illuminazione del pianeta non seguiranno di certo la rotazione dei dettagli, come la famosa macchia di Therby sugli anelli di Saturno.

 

Una buona tecnica per riconoscere quasi il 100% dei falsi dettagli è quella di effettuare quindi più video durante la serata di ripresa, magari ruotando la camera e controllare bene l’aspetto delle immagini elaborate (ognuna per ogni filmato).

Sarà poi l’esperienza e il confronto civile e umile con gli altri astroimager a dirimere definitivamente la questione. In questo caso esistono due regole semplici:

1)      Non credersi dei supereroi o dei super esperti e avere l’umiltà di confrontarsi alla pari con gli altri competenti astroimager;

2)      Avere fiducia nel metodo scientifico. Questo, a differenza degli esseri umani che possono essere influenzati da mille e più motivi che spesso esulano il campo oggettivo, è infallibile se ben applicato e ha il bellissimo pregio di prescindere completamente.

Alcuni tipici artefatti nelle immagini in alta risoluzione

Sbagliare è possibile, anzi, spesso succede anche in ambiti ben più importanti. Non c’è nulla di male nell’errore se è stato fatto in buona fede e il confronto su basi oggettive è il modo migliore per dirimere una questione a volte troppo grande per una sola persona. Basti ricordare la fresca vicenda del gruppo di ricercaitaliano che dopo una moltitudine di esperimenti aveva concluso che i neutrini,particelle massicce e molto sfuggenti, sembravano viaggiare più veloci della luce, contraddicendo tutti i principi base della fisica. Dopo aver fatto tutti i controlli possibili, decisero di pubblicare i dati, ma con uno scopo ben preciso: non per proclamarsi geni indiscussi per aver scardinato tutta la fisica contemporanea, ma per chiedere aiuto all’intera comunità e cercare di capire se i loro risultati fossero reali o affetti da qualche errore che non erano riusciti a trovare.

 Il risultato di questo sforzo collettivo ha portato a dirimere la questione in nome della scienza, senza personalismi e insulti. Nessuno si è azzardato a dare epiteti poco simpatici a chi, con metodi oggettivi, ha cercato una spiegazione plausibile e nessuno si è rifiutato di fornire per questo scopo i propri dati. 

Perché la scienza è condivisione, non una gara all’ultimo sangue e spesso scorretta; perché il metodo di verifica è oggettivo e i risultati non possono cambiare, nemmeno se noi cerchiamo di restarci attaccati con qualsiasi forza irrazionale e cominciamo a dispensare insulti e diffamazioni. Gli insulti verso altre persone non cambiano il giudizio critico su un'immagine planetaria; prendiamone atto.

Perché condotta per hobby o professione poco importa; la conoscenza scientifica rappresenta qualcosa di infinitamente più alto e nobile di qualsiasi mania di grandezza umana. Una lezione etica e morale di cui tutti noi dovremo far tesoro per migliorare come scienziati amatoriali e soprattutto come esseri umani. Una lezione che dovremo digerire e accettare, mettendo da parte l’orgoglio. Impariamo a capire che non è l’errore il problema, piuttosto il difenderlo con qualsiasi mezzo. E che ci piaccia o meno, le nostre immagini saranno sempre sottoposte al giudizio critico e oggettivo del metodo scientifico. Una parte importante della scienza, anche amatoriale, è proprio quella di mettere alla prova i risultati, soprattutto quelli ritenuti eccezionali. Fa parte del gioco e garantisce, contrariamente a molti altri ambiti della vita, un'imparziale meritocrazia. Se non siamo disposti a metterci in gioco, allora dovremo riprendere i pianeti solamente per nostro sfizio personale ed evitare di rendere pubblici i risultati con il rischio di prendere in giro molte persone. Per questo scopo il mondo ne è già pieno, evitiamo quindi di aggravare la situazione.