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Come creare time lapse e startrails in Linux

Al giorno d’oggi, molti dei più comuni software per l’acquisizione e l’elaborazione delle immagini astronomiche girano soprattutto sotto il sistema operativo Windows, e chi opta per l’alternativa Linux spesso si trova in difficoltà perchè non riesce a reperire la rispettiva controparte di questi software. In realtà, cercando bene, anche sotto Linux esistono software altrettanto validi, e in questo articolo proporrò alcuni spunti per la creazione di time lapse e startrails in Linux. Attenzione che le seguenti procedure sono state testate per Ubuntu 18.04 LTS e Lubuntu 18.04.1 (Lubuntu è una derivata di Ubuntu con una grafica più leggera), quindi se sulla vostra macchina c’è una distro diversa potrebbero esserci delle differenze.

Innanzitutto, occorre avere un minimo di familiarità con il terminale, la console attraverso cui si possono impartire istruzioni al sistema operativo tramite riga di comando, e a cui si può accedere premendo la combinazione di tasti Ctrl+Alt+T, perchè lo useremo spesso:

1_Terminale

Time lapse

Partiamo dalla creazione di un time lapse: una sequenza di immagini in movimento. Per far questo, se già non l’avete installato, vi occorre FFmpeg, un insieme di librerie per l’elaborazione di file video e audio: digitate a terminale questi comandi, uno alla volta, premendo invio dopo ognuno, e seguendo le eventuali istruzioni a schermo:

sudo add-apt-repository ppa:jonathonf/ffmpeg-4
sudo apt-get update
sudo apt-get install ffmpeg

Sempre da terminale, andate ora nella cartella in cui avete salvato i file jpg da montare insieme per realizzare il time lapse:

cd /home/nomeutente/Immagini/startrail 

Ovviamente, al posto di nomeutente, qui ci sarà il vostro nome o quello che avete assegnato alla vostra macchina. Digitate il comando seguente per montare il time lapse:

cat *.jpg | ffmpeg -f image2pipe -vcodec mjpeg -r 25 -i - -s 1920x1280 -b 11000k -qscale 1 timelap.mp4

Delle varie opzioni di questo comando, quelle che ci interessano di più sono queste:

cat *.jpg significa che FFmpeg considererà i file con estensione .jpg, se avete file in altri formati sostituite .jpg con un’altra estensione

-r 25 numero di frame al secondo: più è alto, più le immagini del vostro time lapse scorreranno velocemente, più sarà fluida la transizione da un’immagine all’altra. Io di solito uso 20 o 25.

1920×1280 risoluzione video, che potete cambiare a seconda delle necessità

timelap.mp4 è il nome del vostro time lapse, che potete scegliere voi. Non modificate le altre opzioni.

E questo è il risultato!

Startrails

E se invece volete realizzare uno star trail? Basta riutilizzare le stesse immagini jpg di prima, ma stavolta ci occorrerà un software diverso: Starstax. È importante notare che l’ultimo rilascio Linux del software è compatibile con Ubuntu 13.04, e che non funziona più con le versioni successive di Ubuntu: per aggirare questo problema occorre installare Q4Wine, uno strumento per far girare le applicazioni Windows sotto Linux:

sudo apt-get install q4wine

e seguite le istruzioni a schermo. Adesso scaricate la versione per Windows di Starstax: è una cartella compressa (.zip) che verrà salvata di default nella cartella “Scaricati” del vostro computer, a meno che non decidiate diversamente. Fate clic destro col mouse sull’icona del file per estrarne il contenuto, e scegliete “Estrai qui”. Aprite Q4Wine lanciandolo da terminale oppure cercandolo nel pannello app, dovrebbe aprirsi una finestra di questo genere:

4

Cliccate su Prossimo lasciando le impostazioni di default finchè non vi troverete su una schermata in cui compare la voce bin: alla voce bin cliccate sull’icona a forma di cartella  in alto a destra, e andate nella cartella estratta prima, che dovrebbe chiamarsi StarStaX-0.71_win64; aprire con doppio clic la cartella StarStaX-0.71, e di nuovo doppio clic sul file StarStaX.exe:

8Cliccare su Prossimo, e nella finestra successiva lasciare le impostazioni di default:

9

Cliccare di nuovo su Prossimo, e anche qui lasciare le impostazioni default:

10Cliccate su prossimo, infine su Finito.

Si aprirà una nuova finestra intestata Q4 wine: interfaccia Qt per wine v1.3.6. Cliccare sulla voce File in alto a sinistra e poi su esegui:

Nella tenda “Generale”, alla voce programma, selezionare attraverso l’icona a forma di cartella a destra il file eseguibile StarStaX.exe già usato prima, mentre alla voce “Dimensione” impostare 800×600 o altra coppia di parametri e cliccare su Ok:

A questo punto dovrebbe aprirsi la schermata iniziale di Starstax:

Cliccare sull’cona in alto a sinistra o su File per aggiungere nuove immagini o trascinare le immagini direttamente nell’apposito quadrato a schermo. Impostare la modalità di miscelazione su riempimento (gap filling):

Spuntare l’opzione Salva dopo ogni passaggio: in questo modo ci salviamo, al primo passaggio,  la somma delle prime due immagini; al secondo passaggio la somma delle prime tre etc. In pratica, ad ogni passaggio, avremo un’immagine con le tracce stellari sempre più lunghe rispetto alla precedente; io consiglio sempre di salvare tutte le immagini cumulative intermedie perchè se non si è soddisfatti del risultato, e cioè si ottengono tracce stellari troppo lunghe, almeno si possono recuperare le immagini precedenti senza dover rifare tutto il processo. Impostare la Cartella di destinazione (di solito la chiamo con molta fantasia startrail, ma potete scegliere il vostro nome preferito). Lasciare così come sono le altre impostazioni, e cliccare sull’icona Inizia il processo (la quarta in alto a sinistra):

Dopo circa 20 minuti (ma questo tempo dipende dalle performance della vostra macchina, può essere maggiore o minore) avrete il vostro startrail!

A questo punto potete chiudere Starstax e Q4Wine.

Strartrails animati

Le immagini cumulative salvate al passaggio precedente vi possono servire anche per creare uno startrail animato, in cui si vedono le tracce stellari in movimento. Per far questo basta andare da terminale nella cartella in cui avete salvato le immagini cumulative e poi riapplicare il comando già usato prima per montare le vostre immagini in un video, ed ecco il vostro startrail animato!

cd /home/nomeutente/Immagini/startrail

cat *.jpg | ffmpeg -f image2pipe -vcodec mjpeg -r 25 -i – -s 1920×1280 -b 11000k -qscale 1 timelap.mp4

Ed ecco un altro esempio:

Eclisse parziale di Sole del 20 marzo 2015

Venerdì 20 marzo 2015 si verificherà un’eclisse di Sole.

In generale, un’eclisse è il temporaneo oscuramento di un astro da parte di un altro corpo celeste che intercetta tutta o una parte della sua luce. Nel caso dell’eclisse del 20 marzo, un’eclisse di Sole, la Luna si interpone tra il Sole e la Terra, per cui l’astro eclissato è il Sole. Se il piano dell’orbita lunare attorno alla Terra giacesse esattamente sul piano dell’orbita terrestre attorno al Sole (o eclittica), si avrebbe un’eclisse di Sole ad ogni novilunio, ed un’eclisse di Luna (in cui è la Terra a trovarsi tra il Sole e la Luna) ad ogni plenilunio, per cui in un mese potremmo vedere due eclissi, una di Sole e una di Luna. Ma in realtà il piano dell’orbita lunare è inclinato di circa 5 gradi rispetto al piano dell’orbita terrestre, per cui l’orbita terrestre e quella lunare si intersecano in due punti detti nodi: un nodo ascendente in cui la Luna inizia a percorrere il tratto della sua orbita al di sopra dell’orbita terrestre, e un nodo discendente in cui la Luna inizia a percorrere la parte di orbita al di sotto dell’eclittica. La linea che unisce i nodi discendente ed ascendente è nota come linea dei nodi. Nello schema seguente è rappresentato quanto esposto fino ad ora:

Schemaeclisse2

Da quanto detto consegue che per avere un’eclisse solare o lunare occorre che Sole, Terra e Luna siano allineati sulla linea dei nodi e inoltre la Luna deve trovarsi in corrispondenza di uno dei due nodi: più la Luna sarà vicina ai nodi, più l’eclisse che si osserverà sarà totale, cioè maggiore sarà la copertura dell’astro eclissato (il Sole nel nostro caso) da parte dell’astro eclissante (la Luna).

Ma perchè dalla Terra possiamo osservare questo spettacolare fenomeno astronomico? Perchè la Luna e il Sole hanno lo stesso diametro apparente, cioè sottendono lo stesso angolo in cielo: per rendercene conto dividiamo il diametro del Sole per la sua distanza media dalla Terra, e facciamo la stessa cosa per la Luna:

Diametro Sole / distanza Terra-Sole = 1392000 km /149597000 km = 0,009

Diametro Luna / distanza media Terra-Luna = 3478 km / 384000 km = 0,009 come si vede i valori dei due rapporti sono uguali! Possiamo dire la stessa cosa anche in altro modo:

Diametro Sole / Diametro Luna = 1392000 km / 3478 km =  circa 400

Distanza Sole-Terra / Distanza Luna-Terra = 149597000 km / 384000 km = circa 400 e cioè che il Sole é circa 400 volte più grande della Luna, ma 400 volte più lontano della Luna, oppure che la Luna è 400 volte più piccola del Sole ma 400 volte più vicina rispetto al Sole.

Qui di seguito una raffigurazione artistica di quello che avviene durante un’eclisse di Sole, in cui il cono d’ombra prodotto dalla Luna oscura una ristretta fascia della superficie terrestre, spessa circa 200-250 km.

eclissi_solare_geometriaA causa dei moti reciproci della Luna e della Terra e della rotazione terrestre la fascia di totalità non rimane ferma, ma si sposta lungo la superficie terrestre: nel caso dell’eclisse del 20 marzo la fascia di totalità interesserà l’Atlantico settentrionale, le Isole Faeroer e le Isole Svalbard. L’eclisse sarà comunque osservabile come parziale anche in Islanda, Europa, Africa settentrionale, Asia settentrionale, come mostrato nella seguente immagine, tratta dalla sezione del sito della NASA curata da Fred Espenak:

SE2015Mar20TLe linee blu scuro rappresentano il percorso della totalità; quelle azzurre la frazione di copertura del disco solare da parte di quello Lunare. Le linee rosse indicano i momenti in cui l’eclisse è visibile all’alba o al tramonto. La scritta “Sub Solar” indica la zona della superficie terrestre da cui si vede il Sole esattamente allo zenit.

E in Italia? L’eclisse di Sole del 20 marzo sarà osservabile come parziale, con una copertura o magnitudine, cioè la frazione di disco solare oscurata dalla Luna, variabile tra il 50% per chi osserva dal sud Italia e il 70% per gli osservatori dell’ Italia settentrionale, quindi si tratterà di una percentuale di tutto rispetto, per cui varrà senz’altro la pena provare l’osservazione. Nella tabellina seguente gli orari (nell’ora indicata dai nostri orologi) di inizio, massimo e fine dell’eclisse per tre città italiane (fonte UAI), con le rispettive altezze del Sole sull’orizzonte, e la magnitudine della fase di massimo:

Eclisse Parziale di Sole del 20 marzo 2015
Località Inizio eclisse altezza Massimo altezza Magnitudine Fine eclisse altezza
Milano 09 H 24 m 12 s 29° 10 h 32 m 09 s 37° 0,713 11 h 44 m 02 s 43°
Roma 9 h 23 m 43 s 32° 10 h 31 m 13 s 42° 0,622 11 h 42 m 35 s 47°
Palermo 9 h 20 m 50 s 35° 10 h 26 m 39 s 44° 0,541 11 h 26 m 38 s 51°

Come osservare l’eclisse del 20 marzo 2015 in modo SICURO

Poichè l’eclisse dall’Italia sarà parziale e non totale, anche nella fase di massimo sarà presente una grande quantità di luce solare residua: la luce solare è MOLTO INTENSA, anche se circa il 70% del disco solare sarà oscurato dalla Luna, per cui se proverete ad osservare il Sole senza opportune precauzioni rischiate DANNI PERMANENTI alla vista!!!

Detto ciò è comunque possibile OSSERVARE IL SOLE IN MODO SICURO, vediamo come:

METODO DELLA PROIEZIONE consiste nel proiettare l’immagine del Sole che si forma attraverso il telescopio su uno schermo bianco: è in assoluto il metodo più sicuro, perchè i vostri occhi non vengono a trovarsi sulla traiettoria dei raggi solari, e in più permette l’osservazione contemporanea a più persone.

sun-projection-normalFILTRI IN ASTROSOLAR O IN VETRO su un film plastico o una lastra di vetro viene apposto un sottilissimo strato a base di alluminio, cromo, argento. Questi filtri vanno montati sull’obiettivo del telescopio, e lasciano passare meno dell’1% della luce solare, rigettando il restante 99%, ed evitando che passi radiazione ultravioletta ed infrarossa. Ovviamente occorre, prima dell’uso, sincerarsi delle loro condizioni, e sostituirli se danneggiati. Di seguito un’immagine di un filtro Astrosolar montato sul mio telescopio:

tel1PRISMA DI HERSCHEL SOLO PER I TELESCOPI RIFRATTORI!!! Si tratta essenzialmente di un prisma di vetro progettato in modo tale rinvia la grande maggioranza della luce e del calore solare verso l’esterno (dove viene disperso o dissipato), mentre riflette verso l’oculare solo una piccola percentuale di luce. Va montato in corrispondenza del focheggiatore del telescopio.

baader-prisma-herschel2Fonte dell’immagine: Plinio Camaiti

OCCHIALINI PER ECLISSE acquistabili in diversi negozi di astronomia, come “lenti” montano una pellicola di Astrosolar

BP2459288BE infine, una carrellata su quello che NON DOVETE USARE PER OSSERVARE IL SOLE:

– negativi fotografici

– radiografie

– filtri fotografici

– vetro affumicato con la candela

– occhiali da Sole

– CD, DVD, floppy

– pellicole di mylar di prodotti alimentari

– filtri applicati solo all’oculare

Per approfondire potete consultare questi siti:

http://divulgazione.uai.it/index.php/Eclisse_parziale_di_Sole_del_20_marzo_2015

http://www.eclipsetours.com/resources/eclipse-equipment/

Non mi resta che augurarvi buona osservazione dell’ eclisse! Lunedì 23 marzo alle 22 andrà in onda una puntata speciale di Supernova dedicata all’eclisse, e appena possibile pubblicherò un resoconto dell’osservazione (sperando che il meteo sia favorevole…)

Le animazioni astronomiche 3D di J-P Metsävainio

J-P Metsävainio è un astrofotografo finlandese che spesso e volentieri si cimenta nella ripresa di oggetti celesti con tecniche particolari, come potete vedere navigando nel suo sito http://astroanarchy.zenfolio.com/. L’ultima sua fatica è stata quella di montare in un video alcune immagini tridimensionali di varie nebulose costruite a partire da sue fotografie astronomiche in 2D, e quello che segue è il risultato finale, che trovate su Youtube all’indirizzo https://www.youtube.com/watch?v=B3LZPzmu3pc&feature=youtu.be:

L’autore ci spiega brevemente anche come ha ottenuto il video:

“Ho convertito immagini astronomiche riprese da me in vari formati 3D. Questa volta ho preparato una video raccolta a partire dai miei modelli sperimentali di nebulose in 3D. Potete trovare tutte le immagini originali in 2D con i dettagli tecnici sul mio sito http://astroanarchy.zenfolio.com/.

A causa delle enormi distanze degli oggetti celesti, è impossibile immaginarsi quale sia la loro reale parallasse per ottenere un’informazione sulla loro tridimensionalità. Ho sviluppato un metodo per trasormare le mie immagini in modelli 3D. Ecco una spiegazione breve e semplificata di come sono state costruite le immagini in 3D:

I miei esperimenti 3D sono un mix tra scienza e personale impressione artistica. Prima di procedere con la conversione 3D raccolgo dati sulle distanze degli oggetti e altre informazioni. Di solito ci sono stelle note, così posso piazzarle alle giuste distanze relative tra di esse. Se conosco la distanza di una nebulosa posso adattare molto finemente le distanze delle stelle in modo che la quantità corretta di stelle si trovino di fronte e dietro l’oggetto. Utilizzo il metodo della “regola del pollice” per le stelle, cioè una stella più brillante è più vicina, ma se la reale distanza è nota provo a usare quella. Molte fome possono essere immaginate osservando attentamente le strutture nella nebulosa. Allo stesso modo le nebulose oscure devono trovarsi di fronte a quelle di emissione per poter essere osservate. La struttura generale di molte regioni di formazione stellare è la medesima. C’è un gruppo di stelle neonate, come quelle presenti in un ammasso aperto all’interno della nebulosa. Il vento stellare proveniente da queste stelle poi soffia via il gas attorno all’ammasso, formando così una cavità, un buco, attorno ad esso.

Le formazioni a forma di colonna nella nebulosa devono puntare ad una sorgente di vento stellare per la stessa ragione. Il flusso di operazioni da fare porta infine ad un risultato abbastanza verosimile.

Ho convertito le immagini 2D originarie in immagini 3D usando un software per la modellizzazione di superfici. Per prima cosa si suddivide l’immagine in strati a seconda del contenuto, poi ogni strato viene proiettato su una superficie 3D. Per avere un risultato il più possibile realistico ho usato anche un altro software, Bmp2CNC, che converte le ombre nell’immagine in una forma in 3D. Ho reso l’intero processo semiautomatico, nonostante ciò impiega comunque 45 minuti circa per tirar fuori un modello 3D come quello di questo video.

La cosa bella dei modelli finali 3D è che solo elementi dalle originarie immagini 2D sono usati!”