Come le diroccate torrette di un castello da fiaba, da una bruma verdastra emergono tre pinnacoli che emettono scie di luce blu. Stelle luminose brillano attraverso le merlature gassose, con i bordi incorniciati di giallo. Potrebbe sembrare un’immagine di fantasia, ma questa fortezza avvolta nella nebbia è reale. È una regione della nebulosa dell’Aquila chiamata i Pilastri della creazione, un’enorme incubatrice stellare con un diametro di quattro anni luce e a settemila anni luce di distanza da noi. La fotografia mostra centinaia di stelle che nascono dalle nuvole di polvere e gas prodotte dalle ultime esplosioni di una generazione stellare precedente. Senza dubbio ridimensiona il nostro minuscolo sistema solare. C’è poco da meravigliarsi se oggi è rappresentata dovunque, dalle tende per la doccia alle custodie dei cellulari, come l’equivalente astronomico dei Girasoli di Van Gogh. Ma pone un fastidioso interrogativo. Se salissimo a bordo di una nave spaziale e viaggiassimo abbastanza a lungo da trovarci nel posto giusto al momento giusto, potremmo vedere questa meraviglia con i nostri occhi? La risposta è no. A occhio nudo, la maestosità multicolore dei Pilastri della creazione diventerebbe un’indistinta nube rossastra. Molte delle immagini più spettacolari del cosmo sono prodotte da telescopi in grado di catturare molta più luce di quanto potrebbe mai fare l’occhio umano, e a lunghezze d’onda per noi invisibili. Trasformare le meraviglie nascoste del cielo notturno in queste straordinarie immagini non è semplice. Ci vogliono una tecnologia complessa, molto tempo e un po’ di licenza creativa. Il primo problema è sapere dove guardare. Per millenni l’astronomia si è occupata solo di quello che potevamo vedere. Prima a occhio nudo e poi con l’aiuto dei telescopi, gli astronomi hanno osservato lune, individuato pianeti e catalogato stelle. Quegli oggetti lontani emettevano luce, e noi eravamo in grado di vedere i minuscoli puntini nel buio. Poi, all’inizio del novecento, ci siamo resi conto che l’oscurità non era affatto buia. Era piena di luce, ma in forme che non potevamo vedere. Ora sappiamo che gli oggetti astronomici emanano luce in un’ampia gamma di lunghezze d’onda che coprono tutto lo spettro elettromagnetico. I buchi neri rilasciano raggi gamma, la cui lunghezza d’onda è un miliardesimo di millimetro, mentre le stelle irradiano microonde, che possono raggiungere un metro. Quasi tutta questa ricchezza è nascosta alla vista. I nostri occhi possono catturare solo lunghezze d’onda che vanno da 380 a 740 nanometri: una ben piccola finestra sul cosmo. A impedirci di vedere non è solo la nostra naturale insensibilità a uno spettro più ampio. Molto di quello che avviene nell’universo si verifica su una scala temporale e a una distanza a cui gli occhi non potrebbero mai arrivare, o dietro nuvole che la luce visibile non è in grado di attraversare. Con l’aiuto di telescopi che estendono la nostra visione nel tempo e nello spazio, e attraverso diversi tipi di luce, abbiamo reso visibile l’invisibile. A bocca aperta Lo strumento che ha trasformato il modo di farlo è il telescopio spaziale Hubble. Se avete mai guardato a bocca aperta un’immagine dello spazio profondo, è molto probabile che quella foto fosse stata scattata dall’Hubble. Lanciato nell’aprile del 1990 è forse lo strumento più importante che l’astronomia abbia mai creato. A trent’anni di distanza, è ancora lì. Più o meno delle dimensioni di un camion, orbita a circa 540 chilometri dalla Terra. Quattro fotocamere principali scattano immagini alle lunghezze d’onda dell’ultravioletto, del visibile e del quasi infrarosso, consentendoci di vedere nei dettagli oggetti a miliardi di anni luce di distanza in modo prima inimmaginabile. “All’inizio, ogni foto che scattavamo con l’Hubble era l’immagine più chiara di un certo oggetto che l’umanità avesse mai visto fino a quel momento”, ricorda Paul Scowen dell’Arizona state university. “Perciò, ogni volta restavamo a bocca aperta”. Molte immagini sono diventate famosissime, ma il compito principale dell’Hubble non era fare scatti magnifici. La maggior parte di quelle foto serviva a rispondere a interrogativi scientifici. La prima immagine dei Pilastri della creazione, per esempio, fu scattata nel 1995 per capire come le stelle appena nate interagiscono con il loro ambiente nebuloso. “La foto a colori è una piacevole conseguenza, ma la ricerca scientifica consiste nello stilare statistiche, contare fotoni e calcolare l’intensità della luce in base ai dati raccolti”, dice Lisa Frattare che ha elaborato le immagini dell’Hubble per vent’anni. All’inizio tutte le foto sono in bianco e nero, indipendentemente dai colori che un occhio umano potrebbe vedere. “Le fotocamere dell’Hubble sono in bianco e nero”, spiega Zolt Levay, che ha sviluppato alcuni dei primi programmi per tradurre i dati del telescopio in immagini quando era all’Us Space telescope science institute di Baltimora, nel Maryland, il centro che gestisce l’Hubble. Non è stata una scelta estetica: “Produrre immagini a colori nel rilevatore del telescopio aumenta il rumore e abbassa la risoluzione”. Gli astronomi possono decidere quali filtri mettere davanti ai rilevatori del telescopio spaziale prima di scattare. Questi agiscono come lenti colorate, che lasciano passare solo certi colori della luce. A volte sono abbastanza grandi e permettono a tutta la luce rossa, verde o blu di entrare. Altre volte sono molti specifici e lasciano passare piccole sezioni dello spettro, per consentire l’ingresso solo della luce emessa da particolari elementi. Quali filtri usare dipende da cosa si vuole sapere di un certo oggetto. Se si stanno cercando stelle giovani e calde, si usa un filtro che catturi la loro caratteristica luce azzurra. Se invece si vuole vedere una nuvola di idrogeno, si usa un filtro con una banda molto stretta che lascia passare solo la particolare lunghezza d’onda rossa che la nube emette. Questo significa che le persone che elaborano l’immagine dai dati grezzi di solito non hanno dubbi su quali filtri sono stati usati. “Quei filtri non corrispondono necessariamente ai colori che vedremmo con i nostri occhi”, dice Levay. Dato che l’occhio umano combina tutti i colori, noi non vediamo mai un’unica lunghezza d’onda della luce alla volta. E dato che l’Hubble può vedere i colori che noi non vediamo, può scattare anche immagini nella gamma dell’ultravioletto invisibili ai nostri occhi. Sfumature di arancione In genere, però, indipendentemente dai filtri, le persone che elaborano le immagini usano lo stesso sistema dei nostri occhi e del nostro cervello: la luce visibile con la lunghezza d’onda maggiore è rossa, quella intermedia è verde e quella più corta è blu. Come dimostra lo schermo Rgb di un computer, sovrapporre le immagini in quei tre colori è sufficiente per produrre qualsiasi sfumatura. Per questo, dopo che i prodotti di ogni filtro vengono colorati di rosso, verde e blu, combinandoli si ottiene un’immagine finale straordinaria. “Circola l’idea sbagliata che inventiamo le cose, ‘fotoshoppiamo’ le immagini, creiamo dati e assegniamo i colori a caso”, dice Joseph DePasquale, capo sviluppatore allo Space telescope science institute. “Ma quasi sempre nelle foto le lunghezze d’onda più lunghe sono rosse e quelle più corte sono blu. In fisica quei colori hanno un significato”. Questo rende le immagini elaborate più facili da interpretare: le zone che emettono luce ad alta energia sono più blu, sia in natura sia nella foto. Per esempio, negli scatti delle galassie, le regioni in cui si stanno formando le stelle tendono ad apparire blu, mentre quelle in cui c’è la polvere sono rossicce. “È come la mappa delle previsioni meteorologiche, le zone con le temperature più alte sono rosse e quelle con le temperature più basse sono blu, e lo spettatore si fa subito un’idea di quello che succede”, spiega l’astronoma Kim Kowal Arcand, che elabora immagini a partire dai dati raccolti dal Chandra X-ray Observatory della Nasa, un altro telescopio spaziale. “Cerchiamo di ricreare qualcosa di simile con i dati astronomici”. Perché quella mappa cosmica abbia un senso, i colori devono essere ben separati: una mappa delle temperature in cui tutto fosse rappresentato in varie sfumature di arancione non direbbe molto. A volte questo significa che usare i veri colori della luce non funziona. I Pilastri della creazione, per esempio, contengono molecole di idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo, e tutte emettono luce della fascia visibile dello spettro. Ma queste lunghezze d’onda, anche se diverse, sono troppo vicine tra loro perché il nostro occhio le possa distinguere. “Se creassimo un’immagine attenendoci ai colori veri, avremmo una macchia confusa in cui prevale il rosso”, dice DePasquale. “Mentre cambiandoli leggermente non solo si ottiene un’immagine bellissima ma si raccolgono anche informazioni che andrebbero perse se usassimo i veri colori delle lunghezze d’onda”. Nell’immagine dei Pilastri è stato assegnato il blu all’ossigeno, il rosso allo zolfo e il verde all’idrogeno e all’azoto. Questo consente a chi la guarda di comprendere le dimensioni e la profondità di quelle alte nuvole di gas e polvere, e al tempo stesso di notare caratteristiche interessanti dal punto di vista scientifico che altrimenti non sarebbero visibili. Per esempio, il modo in cui la luce ad alta energia colpendo le nuvole fa evaporare le delicate scie di gas in cima ai pilastri. Nella maggior parte dei casi, la scelta dei colori è fatta a scopi scientifici e per una maggiore chiarezza. Ma a volte è necessario qualche aggiustamento anche a fini estetici. “Cerchiamo di creare qualcosa piacevole da osservare e al tempo stesso scientificamente corretto”, dice Arcand. L’astronoma ricorda un’immagine della zona intorno a un buco nero mentre divora la polvere e i gas che lo circondano. In quel caso era stato usato un solo filtro e la sua équipe aveva mostrato a un gruppo di discussione due versioni della foto: una blu e una rossa. Prima di sapere cosa fossero, al gruppo piacevano entrambe. Ma una volta saputo che si trattava di materiale rovente che cadeva dentro un buco nero, la stragrande maggioranza ha preferito la versione rossa: nella vita quotidiana il calore è rappresentato dal rosso, perciò quell’immagine era più intuitiva. “Sappiamo cosa significano i colori sulla Terra e cerchiamo di tenerlo presente nelle nostre scelte”, dice Arcand. Oltre lo spettro L’équipe dell’Event horizon telescope (Eht) ha usato un principio simile quando ha costruito la famosa immagine del buco nero al centro della galassia M87, la prima a riprendere l’ombra di un buco nero. “Nei nostri dati non c’è nulla che abbia a che vedere con il colore”, dice Michael Johnson dell’Harvard-Smithsonian center for astrophysics del Massachusetts, che coordina il lavoro di produzione visiva dell’Eht. “Noi non facciamo altro che misurare quanta luce arriva da ogni parte dell’immagine”. La foto avrebbe potuto essere verde e viola invece che arancione, ma quella versione era confusa e poco piacevole, dice Johnson: “Stride abbastanza scegliere colori che non corrispondono al concetto intuitivo di calore”. Quando ci si allontana dal semplice schema rosso-verde-blu, la cosa più importante è assicurarsi che chi guarda l’immagine capisca. Dopotutto il bello degli osservatori è che ci mostrano cose del cosmo altrimenti invisibili. “Molti oggetti non potremmo vederli neanche da vicino perché sono troppo tenui o emettono luce solo nella gamma dell’infrarosso”, dice Judy Schmidt, che elabora immagini in modo amatoriale. “Non è qualcosa di contraffatto, è assolutamente reale, solo che i nostri occhi non possono coglierlo”. Questo vale soprattutto per le immagini con dati che vanno oltre lo spettro della luce visibile. Molte famose immagini dello spazio che vediamo oggi sono una combinazione degli scatti dell’Hubble e di altri osservatori orbitanti come il Chandra e lo Spitzer. Stipano la maggior quantità di dati possibile, combinando raggi X e luce infrarossa che altrimenti non saremmo in grado di vedere, o fornendo altre informazioni sui colori che non possono essere catturate da un unico fotogramma. Se volassimo verso la nebulosa del Granchio e la guardassimo con i nostri occhi, non ci apparirebbe mai così bella come attraverso l’Hubble o gli altri grandi osservatori”, dice Arcand. “I nostri occhi sono piccoli e tristi; la nostra fantasia e creatività tecnologica vanno molto oltre la nostra vista”. Questo vale per i filtri applicati all’intera immagine, ma anche su scala più ridotta. A volte, per esprimere tutte le potenzialità di una foto è necessario schiarire o scurire certe zone. “Facendo dei piccoli aggiustamenti, rendiamo visibili informazioni che altrimenti non lo sarebbero”, dice Levay. “Secondo me, è una rappresentazione più corretta dei dati”. Per esempio, nell’immagine di una galassia a spirale, spesso il centro è molto più luminoso dei bracci, e dev’essere scurito per mostrare i dettagli di entrambe le parti. Senza contare che quasi tutte le foto sono in qualche modo manipolate semplicemente a causa della meccanica del telescopio. “L’universo in genere sussurra, ma ogni tanto c’è un rumore forte che dà fastidio”, dice Schmidt. Questo rumore può essere dovuto a raggi cosmici o particelle cariche che colpiscono i rilevatori del telescopio e li riempiono di luce indesiderata, o a satelliti che passano tra un telescopio e l’oggetto osservato, e viene eliminato per non distrarre i ricercatori. Tutti questi aggiustamenti trasformano gli zero e uno che arrivano dai telescopi spaziali in immagini che possono essere lette non solo dagli scienziati e dai programmatori, ma da chiunque le guardi. “È un po’ come una lingua incomprensibile, che noi traduciamo in qualcosa che si può capire e vedere”, dice DePasquale. “Io la considero una sorta di fotografia della natura”, dice Levay. “Perché è importante fare tutto questo? Perché ci mostra come è fatto l’universo”. u bt