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Di che colore è il cielo di Marte? (E della Terra?)

Piana Crixia (Liguria) 27 luglio 2015 - tramonto
Piana Crixia (Liguria) 27 luglio 2015 - tramonto Elisabetta Bonora & Marco Faccin / aliveuniverse.today

E' forse una delle domande più frequenti: "di che colore è il cielo di Marte?".
Un'enorme quantità di immagini inviate a Terra dai lander e dai rover in anni di esplorazione spaziale lo hanno ritratto in tante diverse tonalità, compreso l'azzurro molto terrestre a cui siamo tanto affezionati. E quindi qual è il vero colore che percepiranno i primi esploratori? Una foto scattata sulla Terra mi ha dato lo spunto per tornare sull'argomento.

Qualche sera fa il cielo offriva uno scenario spettacolare a Piana Crixia (Liguria). Era piovuto da poco e, mentre un arcobaleno abbracciava il paesaggio ad est, il Sole che scompariva sotto l'orizzonte ad ovest tingeva il paesaggio e l'aria di una surreale luce giallo-arancione. Ed ecco la tentazione di fissare quel momento!
Generalmente, la prima foto, presa con l'impulso di cogliere l'attimo, viene scattata un po' come capita, lasciando le ultime impostazioni salvate sulla digitale ma la fretta non ripaga: il risultato è diverso dalla realtà, i colori sono molto diversi.

SAM 2883 - Piana Crizia (Liguria)

NB: la data e l'ora sono sbagliati!
Crediti: Elisabetta Bonora & Marco Faccin / aliveuniverse.today

Ok riproviamo! Variamo leggermente il tempo di posa ma soprattutto interveniamo sul bilanciamento del bianco, prima lasciato in automatico e finalmente tutto si colora di arancione avvicinandosi molto a quello che gli occhi stavano osservando.

SAM 2884 - Piana Crixia (Liguria)

NB: la data e l'ora sono sbagliati!
Crediti: Elisabetta Bonora & Marco Faccin / aliveuniverse.today

Due foto riprese a distanza di pochi secondi l'una dall'altra e due risultati così diversi, tutto per colpa e/o merito del bilanciamento del bianco, il cui scopo è quello di rendere lo scatto il più verosimile possibile alla nostra percezione, il che è già di per sé un'impresa non facile.
Vale la pena ricordare, infatti, che la realtà cromatica è soggettiva: quello che vediamo e come lo vediamo può variare molto da persona a persona su ogni pianeta, che sia Marte o la Terra. Ed oltre a questo, nelle immagini digitali c'è il monitor che può avere regolazioni differenti e si interpone tra la foto sorgente ed la nostra vista, così come una foto su carta può avere una resa cromatica diversa a seconda della tecnica di stampa, delle impostazioni della stampante e del supporto utilizzato (carta normale, fotografica, ecc...). In definitiva, possiamo dire che un'immagine, per quanto possa avvicinarsi alla realtà, non sarà mai come se fossimo lì di persona.

E quindi? Cosa c'entra questo con Marte?

Su Marte, poi, entrano in gioco molti fattori, sia ambientali che tecnologici.
I primi riguardano essenzialmente come l'atmosfera, meno densa, con composizione diversa dalla nostra e molto più polverosa assorbe e propaga la luce del Sole.
I secondi riguardano i lander ed i rover inviati sulla superficie, ognuno con il proprio set ottico diversamente progettato e calibrato.
La maggior parte delle missioni è stata equipaggiata con filtri centrati su specifiche lunghezze d'onda, dall'infrarosso al vicino ultravioletto, pensati per massimizzare la scienza e lo studio della geologia planetaria. Quando si combinano insieme i classici rosso, verde e blu si può ottenere con una certa approssimazione quello che potreste vedere se foste sul posto ma di certo siamo ben lontani dalla sensibilità dell'occhio umano.

Schema BayerLe fotocamere di Curiosity, invece, possono offrire quanto più vicino alla realtà sia mai stato trasmesso a Terra da una missione robotica.
Usano un Bayer CCD tipo quello delle comuni fotocamere in commercio, che dovrebbe garantire una vista in "veri colori". Ma naturalmente anche in questo caso c'è da prendere i risultati con le pinze.
Lo schema Bayer è un sistema di disposizione degli elementi sensibili ai colori nei sensori digitali. Lavora effettuando una sintesi additiva RGB (avevo approfondito l'argomento in un post qualche anno fa). Il filtro Bayer classico presenta tre componenti fondamentali: rosso, verde e blu. Ogni cella 2x2 contiene 2 verdi, 1 rosso e 1 blu. In questo sistema risulta evidente una predominanza della componente verde, perché l'occhio umano è più sensibile al verde (533 nanometri) e il nostro Sole, nonostante presenti uno spettro con tutte le lunghezze d'onda che ce lo fanno apparire bianco-giallastro, ha un picco di emissione nella regione verde. Ma questo funziona sulla Terra e fino a quando l'uomo non metterà materialmente piede su Marte o su altri mondi dove variano così tanti parametri, non potremo mai essere certi che il criterio sia valido altrove.
Inoltre, i CCD "marziani" lasciano passare molta più luce dell'occhio umano, proprio per rendere la scena leggibile agli scienziati ma il paesaggio dovrebbe risultare molto più buio ed in condizioni quasi crepuscolari, un essere umano percepisce meno variazioni cromatiche e quindi meno dettagli.

Per offrire una visione realistica, le MastCam correggono il colore per renderlo "naturale" basandosi sul Sundial, il target di calibrazione posto sul ponte del rover, dove sono integrati anche alcuni magneti che catturano la polvere marziana in corrispondenza delle targhette colorate per migliorare la taratura.

Curiosity sol 13 Sundial

Curiosity sol 13 Sundial
Credit: NASA/JPL-Caltech - Processing: Elisabetta Bonora & Marco Faccin / aliveuniverse.today

Ma, ancora prima dei vari processing che si possono applicare sulle raw ricevute a Terra, le stesse fotocamere di Curiosity sono in grado di riprendere immagini con e senza bilanciamento del bianco.
Quest'ultimo viene utilizzato dagli scienziati per mostrare il paesaggio in condizioni di illuminazioni terrestri e ciò, oltre a rendere il cielo azzurro, è di grande aiuto per identificare i materiali rocciosi in base alla nostra esperienza sulla Terra.

Monte Sharp con e senza bilanciamento del bianco

Crediti: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Così, alla fine, anche se non possiamo affermare con assoluta certezza quali siano i veri colori di Marte, sappiamo che, ironia della sorte, il cielo sembra comportarsi in modo opposto a quello terrestre: per la maggior parte del giorno, l'atmosfera e le polveri in sospensione diffondono una luce prevalentemente giallo-arancione ma la situazione cambia al tramonto quando i raggi di luce solare percorrono una traiettoria più lunga nell'atmosfera e quelle stesse particelle di polvere lasciano passare con più facilità la componente blu.

Curiosity sol 956 (15 aprile 2015)

Crediti: NASA/JPL-Caltech/MSSS/Texas A&M Univ.

Come aveva commentato Jim Bell, professore di astronomia alla Cornell a capo del team della PanCam dei Mars Exploration Rover, "catturare i colori giusti non è una scienza esatta" (non lo è sulla Terra, figuriamoci su Marte!).
Le immagini di Marte che conosciamo sono un compromesso tra tecnologia, scienza e post-processing mirati per scopi diversi, compreso voler mostrare al pubblico come potrebbe essere. In tutto questo trova posto anche il bilanciamento del bianco che, come abbiamo visto, ha una valenza scientifica: mentre sulla Terra, viene utilizzato per restituire immagini "più reali", su Marte rende le foto più terrestri.

Altre info su questo post:

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
In cerca di una nuova occupazione, negli ultimi anni mi sono occupata di digital advertising, web e video analytics.
Dedico il tempo libero alla mia dolcissima bimba Sofia Vega, a questo sito (creato nel 2012 in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte) ed al processing delle immagini raw scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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