Ricerca astronomica senza telescopio

Il titolo di questo post può sembrare paradossale, ma non lo è.

Nell’epoca della globalizzazione e della rete internet che può collegare le più disparate persone sparse su ogni angolo del pianeta, è possibile fare ricerca astronomica standosene comodamente seduti sul divano, senza dover comprare alcuno strumento astronomico. 

I cosiddetti progetti di calcolo distribuito sfruttano il grande numero e l’elevata potenza dei moderni personal computer, nonché la passione degli amanti dell’astronomia, per elaborare una mole di dati che altrimenti richiederebbe secoli ai pochi astronomi sparsi sulla Terra.

Il primo progetto di questo tipo riguarda il SETI, un programma molto ambizioso per l’individuazione di eventuali segnali radio di natura artificiale provenienti da altre stelle. 

Il programma SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence) portato avanti dall’università di Berkeley, negli anni 90 è stato il pioniere della rivoluzione del calcolo distribuito.

Gli astronomi erano infatti ben coscienti che la quantità di dati raccolta dai potenti radiotelescopi era ben al di là delle capacità dei loro supercomputer, così idearono un software, denominato SETI@home (http://setiathome.berkeley.edu/) che funzionava su qualsiasi personal computer, si collegava alla rete e silenziosamente in sottofondo analizzava i dati raccolti dalle antenne del SETI.

Il successo di questa iniziativa fu spettacolare.

Nel corso di pochi anni milioni di computer sparsi in tutto il mondo analizzavano quantità incredibili di dati.

Il punto di forza di questo primo esperimento di calcolo distribuito era da attribuire sostanzialmente alle proprietà del programma creato dagli astronomi dell’università di Berkeley: il software poteva funzionare su qualunque computer come se fosse uno screen saver e analizzava in modo completamente automatico i dati. Una volta terminata la work unit assegnata, la inviava automaticamente ai server di Berkeley e contemporaneamente scaricava un nuovo pacchetto dati.

Sebbene si tratti di un modo passivo di fare ricerca astronomica (l’utente non può intervenire ma presta solamente una piccola frazione della potenza di calcolo del suo computer), l’idea di aver contribuito ad un progetto di ricerca così ambizioso come la ricerca di segnali intelligenti nell’Universo ha creato una community appassionata e molto unita, nonché regalato piccole soddisfazioni personali.

Lo screen saver SETI@home mostra come vengono analizzati su qualsiasi computer i dati provenienti dai radiotelescopi all’ascolto dell’Universo

Personalmente ho contribuito al progetto SETI@home quando ero ancora poco più che bambino e trovavo una soddisfazione enorme semplicemente nel vedere i dati elaborati mano a mano dal mio computer e il successivo invio del mio personale pacchetto di dati. A volte sentirsi partecipi di un grande progetto è ciò che può rendere migliori le nostre giornate.

Il progetto SETI@home è ancora attivo, quindi chiunque abbia un computer ed un collegamento ad internet potrà partecipare.

In questi ultimi anni non è di certo però restato l’unico progetto di calcolo distribuito o della cosiddetta “internet-science” (scienza attraverso internet). Da questa esperienza sorprendentemente positiva, nel giro di pochi anni sono nati altri progetti di ricerca astronomica.

Attualmente il calcolo distribuito rappresenta un aiuto insostituibile in alcuni ambienti della ricerca, che senza la volontaria partecipazione degli appassionati si sarebbero irrimediabilmente arrestati.

Se le prime esperienze non prevedevano l’intervento dell’utente, nei progetti successivi il fattore umano è stato valorizzato ed utilizzato per obiettivi altrettanto ambiziosi.

Il più conosciuto ed importante è stato galaxyzoo (http://www.galaxyzoo.org), un portale internet nel quale agli utenti, previa una registrazione gratuita ed un piccolo test d’ingresso, venivano sottoposte milioni di bellissime immagini di galassie non ancora classificate dagli astronomi professionisti (e neanche mai viste).

Gli utenti dovevano riconoscere alcune proprietà semplici, come la forma (ellittica o a spirale), l’inclinazione (viste di profilo o di faccia)  ed il senso dell’orientazione degli eventuali bracci (orario o antiorario). Questo programma mirava a conoscere le proprietà dell’intera classe galattica attraverso l’analisi di un campione statisticamente valido, che solamente con il contributo di migliaia di utenti si sarebbe potuto realizzare.

Attualmente il progetto è ancora in attività e in continuo sviluppo. Le fasi successive hanno previsto l’approfondimento della classificazione delle galassie con domande ancora più specifiche ai 250000 partecipanti attivi.

E come ricompensa al grande lavoro svolto, il sito http://mygalaxies.co.uk consente di scrivere qualsiasi messaggio utilizzando le milioni di immagini di galassie classificate dalla più grande squadra di ricerca mai assemblata per lo studio di questi incredibili oggetti. 

Dopo un brevissimo corso di apprendimento, questa è la pagina di lavoro di galaxyzoo. Centinaia di foto di bellissime galassie si susseguono; il compito dell’utente è quello di capirne la forma e l’orientazione.

 Il successo di questa versione avanzata di calcolo distribuito superò ogni aspettativa, sia dal punto di vista della partecipazione che dell’accuratezza delle analisi, a testimonianza che a volte la passione è un motore più che sufficiente per contribuire con successo a molti programmi di ricerca.

Gli altri progetti ancora attivi ai quali è possibile partecipare sono elencati di seguito:

1)      Stardust@home: http://stardustathome.ssl.berkeley.edu/ . Nel 1999 la sonda della NASA Stardust lasciò la Terra per visitare la cometa Wild 2. Volando all’interno della sua coda, la sonda, grazie ad una specie di racchetta fatta di un materiale particolare (aerogel) ha raccolto alcuni campioni che nel 2006 sono tornati sulla Terra in una capsula speciale. Il progetto Stardust@home sottopone agli utenti delle immagini riprese al microscopio del materiale di raccolta dei campioni.

Il compito è quello di individuare tutti i minuscoli granelli di polveri cometarie presenti per consentire agli astronomi di estrarli e condurre delle analisi.

La quantità di polvere cometaria raccolta è infatti esigua rispetto alla superficie totale della “racchetta”, concentrata in particelle microscopiche; la loro individuazione da parte di un singolo scienziato richiederebbe secoli, mentre con l’aiuto di migliaia di occhi è possibile accelerare moltissimo il procedimento di individuazione. Il progetto, iniziato nel 2006 è ancora attivo; chiunque può partecipare.

Traccia di polvere cometaria lasciata nel materiale usato dalla sonda Stardust per catturarla. Il progetto Stardust@home consente agli appassionati di cercare queste particelle microscopiche a partire dalle fotografie realizzate al microscopio.

2)      Systemic: http://oklo.org/ . La ricerca dei pianeti extrasolari è una branca molto sviluppata dell’astronomia moderna.

Rilevare un pianeta extrasolare è però molto difficile, come abbiamo già accennato. Il metodo che offre migliori risultati è quello delle velocità radiali, ma spesso i risultati non sono chiari, soprattutto quando osserviamo sistemi planetari con più di un pianeta. Il progetto sistemi attraverso una console di comando mette a disposizione dell’utente una console nella quale si può simulare l’andamento delle curve di velocità radiali cambiando alcuni parametri (massa della stella, inclinazione dell’orbita, massa e numero dei pianeti). Le curve di velocità radiale così simulate vengono sovrapposte a quelle reali. La curva simulata che meglio approssima l’andamento reale identifica con buona probabilità le proprietà del sistema planetario extrasolare (numero di pianeti, masse, distanze dalla stella). Il progetto è forse quello più impegnativo perché richiede una certa pratica soprattutto con la console di comando ed i parametri da modificare, ma è senza dubbio affascinante

Systemic è un progetto che mette a disposizione le curve di velocità radiali dei pianeti extrasolari e consente agli utenti di ricavare importanti dati dei pianeti rilevati

3)      Einstein@home: http://einstein.phys.uwm.edu/ . 

   Uno degli obiettivi della moderna astrofisica è la rilevazione delle onde gravitazionali, teorizzate dalla relatività generale di Einstein ma mai finora rilevate. Il modo migliore per misurare l’effetto di un’onda gravitazionale è quello di studiare sorgenti astrofisiche molto particolari, quali pulsar, buchi neri e sistemi di stelle di neutroni. Prima di rilevare quindi un’onda gravitazionale, è meglio sapere dove guardare, scoprendo il maggior numero possibile di queste sorgenti. Il progetto Einstein@home ha questo duplice scopo. I dati provenienti da diversi strumenti, tra cui i radiotelescopio di

Arecibo, il satellite a raggi gamma Fermi e il rilevatore di onde gravitazionali LIGO, vengono fatti elaborare agli utenti attraverso un programma che funziona in modo simile al progetto SETI@home, che quindi non prevede l’intervento degli utenti ma solamente la condivisione di una piccola parte della potenza di calcolo dei personal computer. Nato nel 2005 è ancora in piena fase di sviluppo. Fino a questo momento ha portato alla scoperta di diverse pulsar e stelle di neutroni, ma ancora non si sono rilevate onde gravitazionali.

Einstein@home è un progetto che esamina i dati provenienti da diversi satelliti ed osservatori per l’identificazione di forti sorgenti di onde gravitazionali (pulsar, buchi neri, stelle di neutroni in rotazione) e delle onde gravitazionali associate a questi eventi

Altri programmi di calcolo distribuito sono al momento in fase di preparazione. Vale la pena citare Planetquest, dedicato alla ricerca dei pianeti extrasolari in transito.

Questa rivoluzione nel modo di fare ricerca è iniziata in ambito astronomico ma ormai è portata avanti anche in altre discipline, tra cui la medicina, matematica, chimica, biologia.

Per lo sviluppo e la distribuzione dei progetti di calcolo distribuito è stata sviluppata una piattaforma oper-source (liberamente scaricabile) denominata BOINC. Il software può essere installato su tutti i computer a prescindere dal sistema operativo ed è l’interfaccia di molti progetti astronomici e non, tra cui il SETI e l’appena nato orbit@home per lo studio degli effetti degli impatti asteroidali sulla Terra. I progetti che è possibile scegliere da questa piattaforma sono diverse decine e spaziano dalla criptografia alla chimica:

http://boinc.berkeley.edu/projects.php

Tornando in tema astronomico ma uscendo dal filone del calcolo distribuito, vale la pena citare un altro progetto di ricerca che è possibile effettuare autonomamente senza l’ausilio di un telescopio: la scoperta di nuove comete.

La sonda Soho, in orbita attorno al Sole da molti anni, monitora la corona solare con camere a grande campo. Spesso capita di osservare piccole comete non conosciute avvicinarsi al nostro astro che possono essere avvistate solamente dalle immagini della camera a bordo della Soho.

In circa 16 anni di attività sono circa 2000 le piccole comete scoperte dalla sonda e moltissime sono state segnalate per prime dagli appassionati che visualizzano in tempo reale le immagini inviate a Terra dalla sonda e pubblicate sul sito della NASA: http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime/c3/512/ .

Sebbene la scoperta non porterà il vostro nome, è comunque divertente e rilassante veder scorrere le immagini alla ricerca di una piccola scia in avvicinamento al Sole.

Nelle immagini in tempo reale provenienti dalla sonda Soho spesso ci si imbatte in piccole comete che potrete così scoprire stando comodamente seduti di fronte al computer.