Chiudi gli occhi, e immagina di raccogliere le foto lunari inviate dai più bravi astrofotografi italiani e internazionali. Immagina ora di integrarle con immagini e dati altimetrici forniti dalle sonde spaziali in orbita attorno al nostro satellite, e di creare un modello 3D fedelissimo alla realtà dove puoi letteralmente passeggiare sulla Luna, sorvolare i suoi crateri, anche i più minuscoli, e misurarne le dimensioni con incredibile precisione.
Fatto? Bene, ora apri gli occhi, perchè qualcuno ha già fatto il “lavoro sporco”, ed è italianissimo. Vi presento 3D Lunar Surface, un progetto ideato e realizzato da Marco Campaniello, che ci guida passo passo alla scoperta della sua creazione.
Indice dei contenuti
- Presentazione
- Come e quando è iniziato questo progetto?
- Come vengono realizzati questi modelli?
- Quali caratteristiche devono avere le immagini di partenza?
- Che utilizzi può avere il modello 3d creato?
- Dove vengono raccolti e pubblicati tutti i progetti?
- Un grazie a tutti astrofili che partecipano al progetto
Presentazione
Mi chiamo Marco Campaniello, ho 47 anni e vivo a Piazzola sul Brenta, in provincia di Padova. Diplomato come perito grafico, mi sono avvicinato all’astrofotografia da circa tre anni, concentrandomi sulle riprese planetarie con la mia strumentazione, un Maksutov MC 127/1500 e telecamere dedicate per la ripresa astronomica. Fin da bambino sono sempre stato attratto dallo studio del sistema solare e dalle dinamiche avvenute miliardi di anni fa che hanno dato origine al nostro pianeta e al suo satellite, la Luna. Ho sempre fantasticato su come sarebbe stare lassù, a sorvolare i suoi immensi crateri, Valli e Rime, o su cosa si presentò agli occhi dei primi astronauti che calpestarono quel suolo alla fine degli anni 60 con le missioni Apollo.
Come e quando è iniziato questo progetto?
Da quasi un anno sto portando avanti questo progetto di modellazione 3D della superficie lunare, utilizzando sia foto riprese da terra, sia foto scattate dalla LRO, un orbiter destinato allo studio della Luna il cui lancio è avvenuto dalla Air Force Station a Cape Canaveral, in Florida, il 18 giugno 2009.
Tutto però è nato nel 2013, con alcune attività svolte con la protezione civile di cui facevo parte. Vi fu l’esigenza di effettuare dei rilievi fotografici su delle zone colpite da una alluvione, con diverse frane in atto. Installata una telecamera su un drone (non esisteva molto in commercio e ci si arrangiava con accrocchi vari), vennero effettuate una serie di foto e video per costruire un modello 3D, studiando poi gli interventi per la messa in sicurezza del territorio.
Da tutto questo lavoro è partita l’idea di adattare le stesse tecniche di modellazione terrestre per la superficie lunare. Ma c’era un problema. Nel 2013 le strumentazioni di ripresa e di registrazione digitale non erano alla portata di tutti, sia per i costi elevati che per la mancanza di telecamere dedicate disponibili in commercio. Con l’arrivo delle camere astronomiche è iniziato un processo digitale che oggi permette di ottenere immagini in alta risoluzione editabili a pc e adatte per questi scopi.
Inoltre, la possibilità di scaricare online immagini della LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), consente di ottenere immagini con una risoluzione prossima a 1 metro/pixel, e di conseguenza modelli 3D molto precisi. Con queste possibilità la strada si è aperta e i social hanno permesso più velocemente uno scambio di collaborazione tra astrofili di tutto il mondo, che con i loro mezzi mi mettono a disposizione immagini in alta risoluzione.
Come vengono realizzati questi modelli?
I team Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA) e SELenological and Engineering Explorer (SELENE) Kaguya hanno creato un modello di elevazione digitale lunare (DEM) migliorato che copre latitudini entro ±60°, con una risoluzione orizzontale di 512 pixel per grado (~59 metri per pixel [m] all’equatore) e una precisione verticale di ~3-4 m. La National Aeronautics and Space Administration (NASA) degli Stati Uniti ha lanciato il veicolo spaziale Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) sulla Luna nel giugno 2009 trasportando una varietà di strumenti che continuano a restituire immagini ad alta risoluzione della superficie lunare.
Il LOLA ha raccolto oltre 6,5 miliardi di misurazioni dell’altezza della superficie globale con una precisione verticale di ~10 cm. Con una copertura globale così accurata, la mappa topografica risultante è diventata il quadro geodetico di riferimento per la comunità lunare e ha portato alla più alta risoluzione e ai DEM più accurati fino ad oggi. La JAXA ha lanciato la sonda SELENE Kaguya sulla Luna nel settembre 2007. La missione si è conclusa il 10 giugno 2009 quando la sonda si è schiantata intenzionalmente sulla superficie lunare. I successivi sforzi di raccolta e mappatura dei dati hanno portato al “più grande progetto di esplorazione lunare dai tempi del programma Apollo”.
Grazie a questi dati è ora possibile creare modelli 3D, sovrapponendo le immagini della superficie lunare, ottenendo un modello in rilievo della zona interessata. Qui sotto l’immagine DEM di partenza, un raster che rappresenta in scala di grigio le altimetrie della superficie. Le zone scure sono quelle più profonde, le zone più chiare quelle con più altitudine.
Senza inoltrarsi troppo nelle spiegazioni tecniche, per creare il modello 3D è necessario georeferenziare più punti all’interno dell’immagine di partenza. Questo processo viene creato con un software chiamato Qgis. L’obiettivo è quello di identificare un maggior numero di punti tra foto e DEM lunare. Maggiori saranno i punti e migliore sarà il modello finale. Qui sotto è possibile vedere alcuni punti di elaborazione identificati e georeferenziati tra l’immagine originale e il DEM, che al suo interno raccoglie i dati altimetrici in ogni suo pixel.
Il software calcola per ogni punto selezionato le coordinate spaziali e le adatta al punto corrispondente nel file DEM. L’immagine catturata con telescopio soffre di una non perpendicolarità di visione rispetto alla superficie lunare. Questo viene compensato, entro certi limiti dal software, che adatta l’immagine con un processo di stiramento e interpolazione dei pixel. Il risultato è un’immagine sovrapposta e adattata al DEM sottostante.
Quali caratteristiche devono avere le immagini di partenza?
Per poter creare questi modelli 3D è necessario avere delle immagini in alta definizione. Pertanto, è di fondamentale importanza l’utilizzo di telescopi con diametro di almeno 14 pollici per riuscire a catturare più dettagli possibili. A seguire, una telecamera dedicata per l’astrofotografia planetaria, l’utilizzo di filtri dedicati per contrastare al meglio l’immagine e combattere il più possibile il “seeing” (un parametro che definisce la condizione di visibilità in base alla turbolenza atmosferica). Eh sì, il seeing è un eterno nemico dell’osservazione astronomica, e ogni astrofilo spera in una serata calma e con le condizioni ideali per trarre il massimo dalla sua strumentazione.
Oltre a questo, non tutte le immagini possono essere utilizzate per lo scopo. Prima parlavo di perpendicolarità tra punto di osservazione e superficie lunare. Entro certi limiti il software stira e adatta l’immagine, ma se questa è troppo inclinata il risultato non sarà più corretto e, per esempio, i crateri inizieranno ad avere una forma ovale, distanti quindi dalla realtà. Bisogna pertanto utilizzare le immagini ottenute dalla LRO che risultano perpendicolari alla zona di interesse e inoltre offrono dettagli, in termini di risoluzione, sbalorditivi rispetto al più grande telescopio installato a terra, costretto a subire il famigerato seeing atmosferico. È così possibile trattare zone lunari del lato non visibile della Luna, come questi esempi qui sotto.
Che utilizzi può avere il modello 3D creato?
Il primo obiettivo è quello di creare una raccolta di modelli 3D che coprano la maggior parte della superficie lunare, cercando il più possibile di coinvolgere la comunità astrofila. Una collaborazione con chi possiede telescopi di grande diametro e che presta gratuitamente le proprie foto per ottenere un modello tridimensionale. Credo sia visivamente affascinate poter guardare nelle tre dimensioni la superficie lunare, poter sorvolare a piacimento e osservare con diverse angolazioni un cratere o una struttura.
FAI TAP O CLICCA SULLA FOTO per un esempio di modello visionabile da Android o Pc. Una volta aperto e caricato, attraverso il mouse o lo smartphone ci si può muovere a piacimento all’interno dell’area. A sinistra c’è una piccola iconcina con l’help dei comandi.
Ed ecco il Video:
Come vedete, oltre all’aspetto puramente estetico/visivo, è possibile effettuare delle misurazioni tecniche della zona trattata, rilevando distanze, diametri, profondità, grazie al fatto che alla base di tutto è presente un DEM con al suo interno tutti i dati. Qui sotto è visualizzato un grafico che rappresenta il profilo del terreno esaminato. Per ogni punto è possibile ricavare le esatte quote altimetriche, semplicemente spostandosi lungo la linea rossa tracciata. Come si può notare al centro del cratere vi sono diversi picchi centrali che possono essere quotati nelle loro rispettive altezze grazie al modello 3D realizzato.
Per ultimo, ma non di minore importanza, dal DEM lunare è possibile realizzare dei modelli in scala da riprodurre con la stampante 3d. Sarebbe interessante poter rendere disponibili questi lavori a scuole o per favorire delle disabilità, in quanto si può toccare con mano la superficie lunare sentendo tutte le asperità e i rilievi. Qui sotto alcuni esempi che ho ultimato:
Dove vengono raccolti e pubblicati tutti i progetti?
È attivo un canale YouTube in continuo aggiornamento. Per ogni rilievo 3D ho realizzato un video di presentazione dove si sorvola la superficie lunare. In ogni descrizione è presente il link del modello 3D visionabile da mobile Android o Pc Windows.
Ho inoltre uno spazio web dove in lingua inglese vengono raccolti tutti i progetti. Dopo una breve descrizione di come vengono realizzati, a fondo pagina sono linkati tutte le zone trattate con all’interno descrizione, video e modello 3D visionabile.
Buon “viaggio” allora… e ci vediamo sulla Luna!
Un grazie a tutti astrofili che partecipano al progetto
Un sentito ringraziamento, sia da parte di Marco che da tutto lo Staff di Astronomia.com, va agli astrofili che partecipano al progetto con i loro lavori astrofotografici:
- Gabriele D’Orazio (tra l’altro, membro attivo del nostro Forum)
- Andrea Vanoni
- Dario Gozzini
- Carmelo Zannelli
- Robert Cazilhac
- Maximilian Teodorescu
- Konstantinos Beis
- Philippe Cambre
davvero molto bello e intrigante!
e complesso!
Gran bel lavoro, complimenti a tutti!