wie Wissenschaftler dem Weltraum lauschen

Für beobachtete Astronomen ist das Universum voller visueller Wunder. Von glitzernden Planeten bis hin zu funkelnden Galaxien – der Kosmos ist spektakulär schön. Aber blinde oder sehbehinderte Menschen können diese Erfahrung nicht teilen. Daher haben Astronomen alternative Wege entwickelt, um wissenschaftliche Informationen zu vermitteln, wie z. B. die Verwendung von 3D-Druck zur Darstellung explodierender Sterne und Ton zur Beschreibung der Kollision von Neutronensternen.

Am Freitag die Nachrichten Natürliche Astronomie wird den neuesten Artikel einer Reihe von Artikeln über die Verwendung von Sonifikation in der Astronomie veröffentlichen^1–3. Sonifikation beschreibt die Umwandlung von Daten (auch Forschungsdaten) in digitale Audiodateien, damit diese gehört, gelesen und gesehen werden können. Die Forscher, die Natürliche Astronomie zeigen, dass Klangdarstellungen Wissenschaftlern helfen können, Muster oder Signale in großen astronomischen Datensätzen besser zu identifizieren¹.

Die Arbeit zeigt, dass Bemühungen zur Verbesserung der Inklusion und Zugänglichkeit größere Vorteile haben können. Dies gilt nicht nur für die Astronomie; Die Beschallung hat auch in anderen Bereichen Entdeckungen gemacht, die sonst vielleicht nicht gemacht worden wären. Forschungsförderer und Verlage müssen sich über interdisziplinäre Bemühungen informieren und diese unterstützen, die gleichzeitig innovativer und integrativer sind.

Sonifikation und Sounddesign für astronomische Forschung, Bildung und öffentliches Engagement

Jahrzehntelang haben Astronomen grundlegende Entdeckungen gemacht, indem sie sich Daten angehört und angesehen haben. In den frühen 1930er Jahren verfolgte Karl Jansky, ein Physiker an den Bell Telephone Laboratories in New Jersey, statische Elektrizität in der Funkkommunikation bis zum Zentrum der Milchstraße – eine Entdeckung, die zur Entdeckung des supermassiven Schwarzen Lochs der Milchstraße und seiner Geburt führte Radioastronomie. In jüngerer Zeit hat Wanda Díaz-Merced, eine blinde Astronomin am Europäischen Gravitationsobservatorium in Cascina, Italien, Beschallung in vielen bahnbrechenden Projekten eingesetzt, einschließlich der Untersuchung von Plasmamustern in der oberen Erdatmosphäre.⁴.

Die Zahl der Beschallungsprojekte nahm vor etwa zehn Jahren zu und zog Forscher mit unterschiedlichem Hintergrund an. Nehmen Sie Kimberly Arcand, Expertin für Datenvisualisierung und Wissenschaftskommunikatorin am Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian in Cambridge, Massachusetts. Arcand begann, über Astronomie zu schreiben und zu sprechen, insbesondere über Entdeckungen des umlaufenden Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA. Sie ging dann weiter zu Arbeiten, die sich auf den Tastsinn konzentrierten; Dazu gehörte die Erstellung von 3D-gedruckten Modellen der „Überreste“ explodierter Sterne, die Details der Physik dieser Sternexplosionen darstellten. Als sie Anfang 2020 aufgrund der Pandemie keinen Zugriff auf einen 3D-Drucker hatte, wechselte sie zur Beschallung.

Im August twitterte die NASA über das Geräusch des Schwarzen Lochs im Zentrum des Perseus-Galaxienhaufens; Die angehängte Datei wurde seitdem mehr als 17 Millionen Mal abgespielt. Im selben Monat wandelten Arcand und andere einige der ersten Bilder des James-Webb-Weltraumteleskops in Ton um. Sie arbeiteten unter Anleitung von Blinden und Sehbehinderten, um die Intensität und Farben des Lichts in den schlagzeilenträchtigen Fotos in Ton abzubilden.

Diese Karten basieren auf technischer Genauigkeit. Die Sonifizierung eines Bildes von Gas und Staub in einem fernen Nebel verwendet beispielsweise laute hochfrequente Töne, um helles Licht am oberen Rand des Bildes zu reflektieren, aber niedrige Frequenzen, um helles Licht nahe der Mitte des Bildes zu erzeugen. Die Beschallung des Schwarzen Lochs übersetzt Daten über Schallwellen, die durch den Weltraum wandern – erzeugt durch den Aufprall des Schwarzen Lochs auf das heiße Gas um es herum – in den Bereich des menschlichen Gehörs.

Auch Wissenschaftler auf anderen Gebieten haben mit der Datenbeschallung experimentiert. Biophysiker haben es verwendet, um Studenten dabei zu helfen, die Proteinfaltung zu verstehen⁵. Aspekte von Proteinen werden auf Klangparameter wie Lautstärke und Tonhöhe abgestimmt, die dann zu einer Audiodarstellung des komplexen Faltungsprozesses kombiniert werden. Neurowissenschaftler haben untersucht, ob es anhand von Gehirnscans helfen kann, die Alzheimer-Krankheit zu diagnostizieren⁶. Schall wurde sogar verwendet, um ökologische Veränderungen zu beschreiben, die durch den Klimawandel in einem Wald in Alaska verursacht wurden, wobei Forscher verschiedenen Baumarten verschiedene Musikinstrumente zuordneten.⁷.

Wie ein Astronom das Universum hört

Langfristig müssen solche Ansätze gründlich evaluiert werden, um festzustellen, was sie bieten können, was andere Techniken nicht bieten können. Bei aller technischen Genauigkeit, die in einzelnen Projekten gezeigt wird, die Natürliche Astronomie series weist darauf hin, dass es keine allgemein anerkannten Standards für die Beschallung wissenschaftlicher Daten gibt und nur wenige veröffentlichte Arbeiten zur Bewertung ihrer Wirksamkeit.

Mehr Geld würde helfen. Viele Wissenschaftler, die an alternativen Datendarstellungen arbeiten, bündeln Unterstützung aus verschiedenen Quellen, oft in Zusammenarbeit mit Musikern oder Toningenieuren, und der interdisziplinäre Charakter solcher Arbeiten macht es schwierig, eine nachhaltige Finanzierung zu finden.

Am 17. November wird das Büro der Vereinten Nationen für Weltraumangelegenheiten in einer Podiumsdiskussion mit Díaz-Merced und Arcand die Verwendung von Beschallung in der Weltraumwissenschaft hervorheben. Damit soll das Bewusstsein für die Sonifikation geschärft werden, sowohl als Forschungsinstrument als auch als Möglichkeit, Barrieren für die Teilnahme an der Astronomie abzubauen. Es ist an der Zeit, diese Bemühungen von ganzem Herzen auf jede erdenkliche Weise zu unterstützen.