Sonificatie

Een viool heeft een ander timbre dan pakweg een piano. Ook sterren trillen op een eigen manier. Op basis van hun timbre kunnen ze geclassificeerd en geanalyseerd worden. Wat zijn de voordelen van het oor ten opzichte van het oog voor de wetenschappelijke analyse van sterrendata? 

"In de wetenschappelijke subdiscipline waarop AstroSounds is gebaseerd, de asteroseismologie, gaan we de lichtvariaties van trillende sterren analyseren om meer te leren over de opbouw en inwendige structuur van sterren. Maar de visuele analyse van lichtdata heeft bepaalde limieten. Bepaalde soorten dubbelsterren bijvoorbeeld, dat zijn twee sterren die een baan om elkaar beschrijven, zijn soms moeilijk te onderscheiden van een bepaald type trillende sterren, de RR Lyrae sterren. De verschillen in lichtdata zijn soms erg subtiel.

Ons oor is het gewoon om veel frequenties tegelijkertijd waar te nemen en is bovendien gevoelig voor kleine veranderingen in het geluidsspectrum. Zo kunnen we iemands stem herkennen of zelfs horen wat zijn of haar gemoedstoestand is. We zijn dus getraind of kunnen getraind worden om te horen wat het oog niet of veel moeilijker opmerkt. Daarom gaan we de lichtdata van de sterren omzetten naar geluiden; dit proces noemen we sonificatie.

Door auditieve en visuele informatie over sterren op een gepaste manier samen te voegen, kunnen sterrenkundigen toegang krijgen tot wetenschappelijke informatie die op basis van enkel visuele informatie zou verdwijnen in de achtergrondruis."
 

Data van NASA en ESA 

AstroSounds sluit aan bij het sterrenkundig onderzoek van Prof. Kolenberg (KU Leuven/UAntwerpen/VUB) en onderzoekster Dr. Diaz Merced, die in 2013 doctoreerde op de analyse van sterrendata op basis van het gehoor. Die wetenschappelijke component is een wezenlijk onderdeel van AstroSounds. Welke wetenschappelijke vraagstellingen vragen om een oplossing?

"De wetenschappelijke component van AstroSounds bestaat uit het verder ontwikkelen en verfijnen van de methodologie om sterren te analyseren op basis van visuele analyse en auditieve informatie, via de methodologie van de sonificatie. Heel concreet zijn er voor AstroSounds twee grote wetenschappelijke vraagstellingen; kunnen we de methodologie van sonificatie verder ontwikkelen, zodat sonificatie een waardevolle tool wordt om sterrenkundigen van extra informatie over sterren te voorzien; en kunnen we burgers en scholieren inschakelen om op grote schaal mee te helpen aan deze sterrenanalyses. 

Daar mag je trouwens nog een aantal afgeleide maar niet minder belangrijke doelstellingen aan toevoegen. De data die we analyseren in ons project zijn afkomstig van o.a. NASA- en ESA-missies. Onze resultaten kunnen een lans breken voor het analyseren van data op een multisensoriële manier en ze maken deze data ook toegankelijker voor wetenschappers en het brede publiek. Elke discipline die m.a.w. met data werkt, kan de kracht van sonificatie ontdekken. Net daarom zijn de wetenschappelijke publicaties van onze resultaten belangrijk. We plannen internationale bijdragen op conferenties en in publicaties binnen de domeinen van de asteroseismologie, wetenschapscommunicatie en inclusieve wetenschap. Een publicatie in EOS behoort ook tot de mogelijkheden. Tot slot heeft ons project een belangrijke educatieve component. Op school kan AstroSounds ingezet worden als een STEAM-project. Creativiteit en kunst inzetten om wetenschappelijke thema’s te verkennen, opent veel mogelijkheden. In ons team zal een doctoraat ingaan op de voordelen hiervan, wat ook in dat opzicht van AstroSounds een waardevolle case study maakt."

Gangmaker

Sterrenkunde heeft traditioneel een groot citizen-sciencepotentieel, zowel bij burgers als scholieren is de fascinatie voor de kosmos groot. Ervaren jullie dat ook?  

"Sterrenkunde is een wetenschap waarbij non-professionals nog echt een belangrijke rol kunnen spelen. Zo spelen amateurs een significante rol in het ontdekken van nieuwe kometen en asteroïden en het opvolgen van bepaalde variabele sterren. Wat ons project uniek maakt is enerzijds het multisensorieel ontsluiten van de sterrenkunde en anderzijds de artistieke component, die toelaat een breder publiek aan te spreken, zowel op school als daarbuiten. We bereiken trouwens ook mensen met een visuele handicap, zij zijn enthousiast omdat ze op een auditieve manier toegang krijgen tot een wereld die tot voor kort voor hen ontoegankelijk was."

Kan het project de sterrenkunde en bij uitbreiding STEM en STEAM op de kaart zetten in scholen? Welke educatieve tools gebruiken jullie en is het aangewezen om op maat van de scholieren te werken? 

"AstroSounds is echt een gangmaker voor de sterrenkunde en bij uitbreiding voor STEM en STEAM in de scholen. Sowieso stimuleert het project bij alle kinderen en leerlingen, ongeacht hun leeftijd, de bewondering en verwondering voor het onmetelijke van de kosmos, de sterren, voor de verwezenlijkingen van de ruimtevaart en voor het potentieel van geluid in wetenschappelijk onderzoek. Verwondering is een belangrijke motivator om aan de slag te gaan in de sterrenkunde, de wetenschappen of STEM. We houden ook sterk rekening met de leeftijd en de interesses van de leerlingen."

Eerste stappen

"In de lagere school kunnen we AstroSounds zowel in de lessen wereldoriëntatie als in de lessen muzische vorming inpassen. Sonificatie leert leerlingen om niet alleen met hun ogen, maar ook met hun oren gericht waar te nemen. Een ‘ruimteconcert' in de klas of de creatie van eigen (verzonnen) sterren zijn eveneens mogelijk. Zo leren de kinderen op een speelse manier dat sterren geen massieve starre bollen zijn en dat ze zo veel meer zijn dan gewone lichtjes aan de hemel. Ze zetten via AstroSounds hun eerste belangrijke stappen in de wereld van de wetenschappen, waarin natuurfenomenen een verklaring krijgen, en in de wereld van STEM, waarin wetenschappen en technologie elkaar aanvullen en versterken.

Ook in het secundair onderwijs werken we gedifferentieerd. Wetenschappelijk georiënteerde leerlingen leren gericht observeren en komen zo vanuit hun observaties tot wetenschappelijke verklaringen. De combinatie van muziek en sterrenkunde is een grote troef en motivator. Technisch georiënteerde leerlingen worden uitgedaagd om een opstelling te ontwerpen en te bouwen die AstroSounds visualiseert en toegankelijk maakt voor het grote publiek. Hun opstellingen zullen onder meer in het Planetarium aan het grote publiek voorgesteld worden."

Sterrenluisteraars

Hoe kunnen burgers, met of zonder visuele beperking, op dit moment een bijdrage leveren aan AstroSounds? Krijgen de door hen aangeleverde data nog een kwaliteitscontrole? 

"Op dit ogenblik hebben we nood aan burgers die de eerste versies van de digitale tools willen uittesten en zinvolle feedback kunnen geven. In een later stadium willen we deze tools uitrollen naar een grotere groep van mensen. Na een korte training, voorzien in de digitale tool, zullen deelnemers bestaande sterren analyseren. In dat stadium willen we nagaan in hoeverre het grote publiek op een betrouwbare manier sterren kan classificeren via sonificatie. Zo voeren we een grote kwaliteitscontrole uit van de voorgestelde methodiek. We plannen ook een publieksevent in het Planetarium waar de projectresultaten aan het grote publiek zullen getoond worden. Burgers en scholieren zullen er een ruim forum krijgen om hun resultaten voor te stellen."

Om efficiënt burgers en scholieren in te schakelen rollen jullie specifiek ICT-materiaal en een app uit. Vlot die uitrol?

"Ons consortium, dat bestaat uit KU Leuven, PXL Music, UCLL en het Planetarium van de Koninklijke Sterrenwacht van België, heeft ervaring met het ontwikkelen van digitaal lesmateriaal voor scholen. We vertrekken vanuit die expertise om bookwidgets voor gebruik op laptops, tablets… te ontwikkelen. Widgets hebben het grote voordeel dat ze handig in gebruik zijn en ook gemakkelijk in te zetten in scholen. Zo trainen we het gehoor van de deelnemers. De interactieve AstroSoundsbookwidget is als het ware hun leermeester. Eerst leren de burgers verschillende muziekinstrumenten en mensenstemmen van elkaar te onderscheiden, daarna luisteren ze naar enkele trillende sterren om ook daar opnieuw verschillen te horen.

De corona-uitbraak stond de ontwikkeling van onze digitale tools en ook de bekendmaking van ons project niet in de weg. Zo liep de bijdrage van AstroSounds aan de Dag van de Wetenschap op 22 november volledig digitaal. Bijna 600 mensen bekeken onze introductiefilm. Op de website van Dag van de Wetenschap waren er ongeveer 400 likes van geregistreerde gebruikers. Zo’n 60 mensen hebben vragen gesteld in de livestreamsessie aan sterrenkundigen Katrien Kolenberg (astrofysicus KULeuven/UAntwerpen/VUB) en Peter De Cat (astrofysicus Koninklijke Sterrenwacht van België). Een filmpje met meer uitleg kan je hier vinden of hieronder bekijken."
 

Potentieel

Wat zijn de belangrijkste lessen die jullie meenemen uit de lancering en uitrol van AstroSounds? Hebben jullie bepaalde projectonderdelen bijgestuurd? 

"Het is essentieel om vanaf het prille begin burgers, scholieren en kinderen te betrekken bij de ontwikkeling van wat je uiteindelijk aan het grote publiek wil aanbieden. Input en feedback zijn van cruciaal belang om materiaal toegankelijk en aantrekkelijk te maken voor het grote publiek. Het project is pas gestart, maar we sturen continu bij. Zo hebben we geleerd dat het een uitdaging is om een laagdrempelige taal te gebruiken. Als wetenschappers communiceren we te vaak in een specifiek en voor ons evident vakjargon. Dat moeten we achterwege laten.  

Een cruciale sleutel voor het welslagen van ons burgerwetenschapsproject is de unieke interdisciplinaire samenstelling van ons consortium met een sterrenkundige (KU Leuven/UAntwerpen/VUB), een muzikaal expert (PXL Music), experten in STEM-educatie (UCLL Art of Teaching) en een expert in wetenschapscommunicatie (het Planetarium). Voeg daar dan nog de kracht van Scivil aan toe die ons concrete expertise in het domein van de burgerwetenschap aanreikt en je merkt meteen het potentieel van AstroSounds in het Vlaamse citizen-sciencelandschap."