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Tutti i segreti dei cieli notturni nel progetto ASTRALE

Astrale è un sistema low cost di monitoraggio delle meteore e dell’aria. Scoprilo a Maker Faire Rome 2023.

 

L’universo è tanto affascinante quanto misterioso. L’uomo lo osserva da millenni alzando gli occhi al cielo e non smettendo mai di porsi delle domande.

Possiamo dire che, di fatto, il nostro rapporto con lo spazio si è evoluto insieme a noi. Nel corso delle epoche abbiamo affinato i quesiti, migliorato le tecnologie, scrutato da vicino astri lontani anni luce e fenomeni per secoli rimasti ignorati. Negli ultimi decenni abbiamo fatto passi da gigante; eppure, non smettiamo ancora di vedere nel cielo notturno e nei movimenti silenziosi interstellari una vera e propria opportunità.

Questo è quello che ha fatto anche l’Associazione AstronomiAmo con ASTRALE, un sistema low-cost di monitoraggio delle meteore e dell’aria. In questo articolo, esploreremo nel dettaglio questo progetto presentato a Maker Faire Rome 2023.

ASTRALE: introduzione al progetto

ASTRALE, acronimo di “All-Sky Tracking, Alerts and Environment”, basa il suo funzionamento sul machine learning e sulla partecipazione popolare. È un sistema sviluppato dall’Associazione AstronomiAmo, con l’obiettivo di fornire uno strumento economico per l’osservazione e la ripresa del cielo notturno, la detection di meteore e fenomeni transitori e la misurazione della qualità dell’aria nella zona di installazione. ASTRALE non è un prodotto commerciale, bensì un’iniziativa condivisa, i cui obiettivi sono incentrati sulla creazione di uno strumento accessibile per l’osservazione delle meteore e la valutazione dell’aria che respiriamo.

Il progetto prevede il coinvolgimento di più dispositivi installati sul territorio in grado di raccogliere dati, elaborarli ed inviarli ad un server centrale per immagazzinamento, analisi e report. I dati racconti sono principalmente immagini e misurazione di alcuni parametri metereologici.

Le due componenti, quella periferica e quella centrale, rispettivamente ASTRALE e ASTRALE – CU (unità centrale), sono state progettate dal team utilizzando solo materiali reperibili sul mercato. Questo approccio consente una maggiore flessibilità e riduce i costi complessivi del sistema.

ASTRALE: come funziona 

La componente periferica di ASTRALE può essere di due tipi che si differenziano dalle diverse installazioni: 

  • ASTRALE Meteor

Ideale per le installazioni in aree con un cielo notturno limpido ed una buona visibilità su tutti gli orizzonti. Questa configurazione è dotata di camera per il monitoraggio del cielo e di sensori per la qualità dell’aria.

  • ASTRALE Air

Da installare, invece, in aree con una scarsa visibilità celeste dovuta ad un alto livello di inquinamento luminoso. Il sistema ASTRALE Air ha l’obiettivo di monitorare la qualità dell’aria. Entrambi i sottosistemi di ASTRALE comunicano tramite connessione HTTPS per lo scambio di dati e FTP per l’upload delle immagini, rendendo necessaria una connessione ad Internet all’interno dell’area di installazione.

Meteore: cosa sono e di cosa sono fatte?

Lo spazio interplanetario all’interno del Sistema Solare e di altri sistemi planetari non è privo di materia, ma è popolato da detriti derivanti da antiche collisioni tra corpi celesti, frammenti di formazioni planetarie mai concretizzate in corpi di dimensioni maggiori, nonché polveri rilasciate durante il passaggio di comete o asteroidi in stato di disgregazione.

Queste minuscole particelle possono entrare in collisione con pianeti dotati di atmosfera, come la Terra. Durante questo processo, l’attrito generato dall’attraversamento dell’atmosfera provoca un aumento della temperatura tale da causare la liberazione degli elettroni dagli atomi coinvolti, creando così ioni elettricamente carichi attraverso un processo chiamato ionizzazione. Successivamente, gli elettroni negativi e gli ioni positivi tendono a riunirsi in un processo di ricombinazione, rilasciando energia nell’intervallo visibile dello spettro elettromagnetico. Questa emissione di luce visibile lascia dietro di sé una scia luminosa nel cielo, comunemente nota come meteora.

 

Astrale - Monitoraggio dell'aria

Catturare meteore ed eventi transitori 

ASTRALE riprende il cielo notturno a 360° per tutta la durata della notte. Questa forma di monitoraggio, che avviene tramite la registrazione di immagini a lunga esposizione, cattura il movimento di meteore e la bellezza del cielo e dell’intera Via Lattea. Scopriamo nel dettaglio il suo funzionamento:

  1. Il rilevamento è automatico: le camere di ASTRALE analizzano le immagini e rintracciano i fenomeni transitori che vengono immediatamente trasmessi al server centrale;
  2. All’interno di ASTRALE-CU, un sistema di intelligenza artificiale fa una prima classificazione delle immagini ricevute;
  3. Una volta classificate, queste vengono rese disponibili agli utenti registrati sul portale Citizens, che possono dunque procedere ad una classificazione analogica. Gli appassionati di astronomia iscritti procedono alla votazione, consentendo così all’algoritmo di essere più preciso di volta in volta

 

astrale - citizens

 

Il sistema attribuisce un peso crescente alle valutazioni accurate e, allo stesso tempo, utenti che forniscono voti non coerenti con la media avranno un impatto minore nella determinazione del processo di classificazione. Questo approccio consente all’AI di generare un circolo virtuoso, efficientando il livello di precisione nel riconoscimento delle meteore.

Meteor Lens e la partecipazione pubblica 

Sei un appassionato di astronomia? Meteor Lens è un progetto aperto al pubblico che fa per te. Si tratta di un’iniziativa che prende ispirazione dall’approccio di Zooniverse, un contesto globale di coinvolgimento di volontari e appassionati alla scienza. L’obiettivo principale di Meteor Lens è coinvolgere la comunità nell’attività di classificazione delle immagini acquisite da ASTRALE, contribuendo così a migliorare la precisione del sistema nel riconoscere gli eventi celesti associati alle meteore.

La partecipazione a Meteor Lens è accessibile a chiunque desideri contribuire. Per partecipare, è sufficiente registrarsi fornendo un indirizzo e-mail e una password. Una volta completata la registrazione, gli utenti possono immediatamente iniziare a collaborare indicando la natura degli oggetti osservati, che possono essere meteore, satelliti, aerei, fulmini, nuvole o altri eventi temporanei.

Meteor Lens: guida ed esempi

Per facilitare la partecipazione, è stata fornita una guida dettagliata ed esempi concreti per aiutare gli utenti a distinguere tra i diversi tipi di corso celeste:

  • Meteora/Bolide: le meteore sono caratterizzate da una scia luminosa che può variare in intensità e dimensione. Un bolide è una meteora particolarmente luminosa.
  • ISS o altro Satellite: i satelliti appaiono come tracce luminose continue nel cielo, spesso con luminosità costante.
  • Aereo: gli aerei lasciano tracce lunghe e luminose nel cielo, spesso con un aspetto tratteggiato dovuto alle luci intermittenti sulle ali.
  • Fulmine: i fulmini sono facilmente riconoscibili per la loro forma irregolare e spesso sono accompagnati da pioggia.
  • Nuvola: Le nuvole possono occasionalmente ingannare il sistema, ma la loro identificazione visiva è solitamente semplice.
  • Riflesso: I riflessi sono spesso causati da lenti o vetri bagnati e possono apparire come curve di luce.
  • Luna: La Luna è chiaramente riconoscibile e può apparire in varie fasi.
  • Altro: qualsiasi altro evento insolito o artefatto rilevato può essere classificato “altro”.

ASTRALE per il monitoraggio della qualità dell’aria

Un altro aspetto cruciale del progetto ASTRALE è la misurazione della qualità dell’aria. ASTRALE Air basa il suo funzionamento su sensori installati nei dispositivi locali e raccoglie dati essenziali per valutare l’indice di Qualità dell’Aria (IQA).

Astrale - Monitoraggio dell'aria

La misurazione della qualità dell’aria è, effettivamente, un topic sempre più rilevante perché sempre più diffusa e comune è la paura di respirare aria inquinata. L’inquinamento atmosferico è, di fatto, un grave rischio per la salute umana e l’ambiente e ciascun cittadino ha il diritto di accedere facilmente a dati che riguardano direttamente l’ambiente nel quale vive.

L’IQA offre una valutazione sintetica della qualità dell’aria in una determinata zona, consentendo una comprensione immediata del rischio per la popolazione con una visualizzazione simile a questa:

 

Valore

Qualità

 

0-49

Ottima

 

50-69

Buona, nessun rischio associato

 

70-99

Accettabile, nessun rischio associato

 

100-149

Scadente, non ci sono rischi per la popolazione ma le persone con patologie come asma, bronchite cronica o cardiopatiche, oltre che anziani e bambini, potrebbero avere disturbi. Si sconsiglia quindi a queste categorie una lunga permanenza all’aperto, soprattutto negli orari di maggior concentrazione.

 

>=150

Pessima, molti cittadini potrebbero avvertire sintomi lievi, comunque reversibili. Si consiglia di limitare la permanenza all’aria aperta soprattutto nelle ore a maggior concentrazione. Chi ha patologie potrebbe avvertire sintomi con maggior facilità.

 

I parametri misurati per calcolarlo sono:

  1. Particelle sospese PM10: con un limite di 50 µg/m³ su media giornaliera.
  2. Ozono (O3): con un limite di 120 µg/m³ sulla massima media mobile su 8 ore.
  3. Diossido di azoto (NO2): con un limite di 200 µg/m³ sul massimo orario giornaliero.

ASTRALE: un progetto partecipato

ASTRALE è un progetto aperto a chiunque desideri contribuire. L’installazione di un dispositivo ASTRALE presso un’area idonea consente di espandere la rete di webcam e migliorare il monitoraggio del cielo e della qualità dell’aria. La partecipazione popolare è fondamentale per il successo del progetto, e “Meteor Lens” offre a tutti la possibilità di contribuire attivamente alla ricerca astronomica e alla comprensione dell’ambiente che ci circonda.

In conclusione, ASTRALE rappresenta un eccellente esempio di come la tecnologia, il machine learning e la partecipazione della comunità possano essere combinati per esplorare l’Universo e monitorare la nostra atmosfera. L’Associazione AstronomiAmo ha aperto le porte dell’astronomia e della scienza ambientale a un pubblico più ampio, dimostrando che l’osservazione delle stelle e la misurazione della qualità dell’aria possono essere alla portata di tutti noi. Un progetto che unisce la passione per l’astronomia con la cura per il nostro pianeta.

I numeri di ASTRALE oggi

Ad oggi, gli eventi classificati da ASTRALE tra Utenti e Machine Learning sono i seguenti:

 

MACHINE LEARNING

CITIZENS

METEORA/BOLIDE

567

684

ISS o SATELLITE

2311

2308

LUNA

525

583

RIFLESSO

6531

6240

FULMINI

202

202

NUVOLE

2324

2422

AEREI

208

276

ALTRO

309

527

 

Chi c’è dietro ASTRALE: il team e l’Associazione AstronomiAmo

Il nostro team è affiliato all’Associazione AstronomiAmo, un’organizzazione senza scopo di lucro che si dedica alla divulgazione dell’astronomia e alla promozione della consapevolezza ambientale. Il progetto ASTRALE rappresenta una fusione perfetta di questi due obiettivi, offrendo un’opportunità di esplorare il cielo, rilevare automaticamente le meteore e valutare la qualità del cielo.

AstronomiAmo è un’associazione culturale no profit dedicata alla divulgazione dell’astronomia, fondata con l’obiettivo principale di diffondere la conoscenza astronomica in ogni contesto possibile, unendo individui con una comune passione e promuovendo la sensibilizzazione ambientale. Parallelamente, AstronomiAmo collabora con terze parti o sviluppa autonomamente progetti di divulgazione sfruttando le competenze astronomiche e informatiche dei suoi membri.

Partecipa a Maker Faire Rome 2023 per incontrare il team e scoprire tutte le possibili applicazioni di ASTRALE nella tua zona. Ti aspettiamo dal 20 al 22 Ottobre a Fiera di Roma. Visita il sito www.makerfairerome.eu per acquistare i biglietti.


 

Maker Faire Rome – The European Edition, promossa dalla Camera di Commercio di Roma, si impegna fin dalla sua prima edizione a rendere l’innovazione accessibile e fruibile, offrendo contenuti e informazioni in un blog sempre aggiornato e ricco di opportunità per curiosi, maker, PMI e aziende che vogliono arricchire le proprie conoscenze ed espandere la propria attività, in Italia e all’estero.

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