Astronomía Ciencia

Crean partituras con datos astronómicos: sonidos del Universo

El sonido necesita un medio de propagación para viajar, por eso el espacio vacío, como por ahora sabemos lo es el cosmos, es silencioso, pero equipos con especialistas en astronomía, música y programación se han dado a la tarea de romper el silencio dando sonido a fenómenos astronómicos como el movimiento de los planetas, o mejor dicho, se han propuesto leer sus propiedades con el lenguaje de la música.

Las notificaciones de nuestros teléfonos, las alarmas y el sonido de un monitor cardiaco en un hospital tienen algo en común, los tres interpretan con sonidos una señal de naturaleza diferente a las ondas acústicas, de hecho se trata de los ejemplos más sencillos de la sonificación, que es la técnica que transforma datos en material sonoro.

Como el lenguaje final es el sonido, en esta técnica la intención es tomar como base las distintas magnitudes y propiedades del sonido para representar datos multidimensionales como el incremento de los movimientos sísmicos o la pérdida acelerada de flora en un ecosistema. Algunos de los ejemplos más hermosos de este campo se han dado cuando la fuente de datos es el Universo, o con más precisión, cuando se trata de datos hechos con observaciones astronómicas.

Crédito: Matt Russo, Andrew Santaguida, and Dan Tamayo

La ciencia como directora de orquesta: los datos

La zona de la Tarántula. Crédito: Ignacio Díaz Bobillo

En el caso de los datos astronómicos, Kim Kowal Arcand, quien es jefa de visualización del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, contó en una entrevista para Universe Unplugged(1) que para estudiar eventos cósmicos emplean diferentes tipos de luz. 

Las posibilidades que se tienen de tipos de luz son las usadas en tecnologías como el Observatorio Chandra de rayos X, el Telescopio Espacial Spitzer de luz infrarroja o el telescopio Hubble que usa luz óptica, la elección de la luz depende de las preguntas a resolver.

De estos telescopios obtienen datos en su forma más simple, la binaria (etiquetados con 0 y 1), la cual es difícil de visualizar como una estructura global, por lo que las transforman en imágenes 2D, modelos o sonidos. “Estamos usando la ciencia para guiarnos”, señaló Kim Kowal.

Tonos y ritmos 

Por su parte, la información sonora viaja en una onda, una de sus características es la frecuencia, que es la cantidad de picos de una onda durante cierto período de tiempo, el oído humano es capaz de detectar frecuencias de entre 20 Hertz (Hz) y 20 mil Hz; esta unidad, los Hertz, son el número de ondas por segundo.

La frecuencia está determinada por la fuente, si esta es rápida la frecuencia será alta y si es lenta tendremos frecuencias bajas. Mientras que su velocidad depende del medio donde se propaga. 

Pero cuando se escucha un sonido de forma aislada, se tienen otras cualidades llamadas subjetivas: intensidad, tono y timbre. 

La intensidad subjetiva se refiere a sonidos fuertes o débiles, el tono a las diferencias entre sonidos agudos (vibran a frecuencias altas) y graves (vibran a frecuencias bajas), de hecho los tonos y ritmos son lo mismo, por lo que un tono bajo dará sonidos graves; por su parte, el timbre permite distinguir dos sonidos con misma intensidad y tono.

Astronomía y música, vieja amistad

Las cualidades físicas del sonido han enamorado a científicas y científicos de distintas épocas, tal es el caso del astrofísico y matemático Johannes Kepler quien dedujo las leyes del movimiento de los planetas, pero también propuso que cada planeta producía un tono musical durante su movimiento alrededor del Sol, incluso les asignó frecuencias de acuerdo a su velocidad.

De Johannes Kepler en Mysterium cosmographicum.

Su planteamiento de tonos musicales resonó más por la poesía de la idea que por la evidencia, pero la posibilidad de música hizo eco en tiempos de análisis de datos, programación y posibilidades de observación astronómica refinadas.

Actualmente para que una pieza de audio califique como sonificación no debe romper tres reglas clave:

  1. El sonido debe reflejar propiedades objetivas o relaciones de los datos originales.
  2. La transformación es sistemática, por lo que debe ser precisa la forma en que los datos y sus relaciones generan los sonidos.
  3. Debe ser reproducible, es decir con los mismos datos y proceso de interpretación debe sonar siempre igual.

Dos métodos que siguen estas reglas y que son ampliamente usados son el mapeo de paramétros y el modelado

En el primero asocian cambios en una de las dimensiones de los datos, con cambios en una dimensión acústica. Por ejemplo, puede ser más frecuente la onda de sonido a medida que una estrella sea más brillosa, produciendo tonos más altos.

En el modelado se crea un modelo virtual con todos los datos y este produce respuestas acústicas a la información que el usuario agrega.

El caso TRAPPIST-1

En 2017 se descubrieron siete planetas del tamaño de la Tierra orbitando una estrella enana roja: TRAPPIST-1.

Dos situaciones llamaron la atención de los astrónomos, la primera fue que por la distancia con la estrella dos de los planetas de este nuevo sistema deberían tener temperaturas adecuadas para albergar agua líquida.

Crédito: NASA/JPL-Caltech

La segunda fue que las vueltas de cada planeta alrededor de su estrella están en resonancia con las de sus vecinos de modo que “por cada dos órbitas del planeta más externo, el siguiente planeta orbita tres veces, el siguiente cuatro, luego seis, nueve, 15 y 24 veces”, señala en su sitio web el grupo System Sounds(2) , los causantes de que podamos oír esta parte y otras del Universo.

Matt Russo, Dan Tamayo y Andrew Santagida son los creadores de dar sonido al sistema TRAPPIST-1 y decidieron tocar una nota por cada órbita, sus tonos salen de llevar las frecuencias orbitales de cada planeta al rango de audición humana.

CrédSystem Sounds

La Luna y sus resonancias

System Sounds ha explorado otros bancos de datos, como en el proyecto “Giants Leps”, el cual interpreta la exploración de la Luna durante 50 años, en esta pieza es audible la cantidad de información e interés de la humanidad por la Luna a lo largo del tiempo.

En “Giant Leaps” el tono de las notas transmite la cantidad de artículos, citas y patentes relacionadas con las misiones lunares de la Nasa (3). Se escuchan tonos más altos cuando la cantidad de material incrementa.

Los instrumentos de percusión indican el paso del tiempo, las cuerdas y el piano eléctrico representan la actividad del programa Apollo, los instrumentos de metal suenan con otras misiones lunares como naves espaciales robóticas, que desde el año 2000 hacen sus apariciones.

Estos sonidos conviven con el tictac del reloj que representa los meses, con el tambor de caja, que marca los años, así como con el bombo, que indica las décadas y los platillos que anuncian los lanzamientos.

Para el visualizador de datos lunares Ernie Wright es relevante la nota continua que escuchan pues enseña que: “Una vez que fuimos a la Luna, no queríamos dejar de aprender sobre ella”.

Para Matt Russo y otros expertos en sonificación, este campo también es un tema de inclusión. En 2017 Russo mostró a una artista ciega parte de su trabajo bajo el nombre de “Nuestro Universo musical”, el programa que incluía una gran variedad de objetos astronómicos ahora es parte de los servicios del Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Toronto.

Agudizar nuestros oídos a la información puede tener más ventajas para la comprensión del mundo que nos rodea, en su texto “Sonificación de los datos generados por ATLAS (4)”, Francisco Javier Díaz y Matías Zabaljáuregui señalan algunos beneficios de esta técnica.

Por ejemplo, que las personas oyente puedan monitorear datos en paralelo a hacer otras actividades, o las ventajas de la resolución temporal de nuestro sistema auditivo que es el doble que la resolución temporal de la visión, eso nos permite detectar variaciones como interrupciones, cambios de señal en el tiempo o variaciones en la duración de los estímulos.

Díaz y Zbaljáuregui también indican el potencial de los sonidos para mostrar estructuras escondidas a nuestros ojos. 

En los viajes sonoros creados con datos astronómicos se esconde otra oportunidad importante para la ciencia: la de romper barreras del lenguaje. 

Fuentes:

  1. https://www.youtube.com/watch?v=xsVARAOhC80&feature=youtu.be
  2. https://www.system-sounds.com/trappist-sounds/.
  3. https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/data-and-music-what-50-years-of-exploring-our-moon-sounds-like
  4. https://www.researchgate.net/publication/291818229_Sonificacion_de_los_datos_generados_por_ATLAS

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