莎拉·凱恩從小就夢想研究太空。她正在朝著這個目標穩步前進。現在，作為賓夕法尼亞大學的一名大四本科生，凱恩在過去的兩年裡一直使用機器學習分析宇宙。但有一個小問題：天文學是一個高度視覺化的領域，而凱恩是法定盲人。
“在我成長的過程中，人們會問，‘你到底要怎麼成為一名天文學家？如果你看不到望遠鏡，你就看不到星星，’”凱恩說。“但這並不是現代天文學的真正運作方式。很多時候，天文學家只是在電腦上進行資料分析。電腦可以實現無障礙訪問。”
為了實現他們的夢想，凱恩和其他有抱負的盲人或視障 (BVI) 研究人員正大力押注於將科學資料轉化為聲音的努力，也稱為聲音化。在去年 12 月於荷蘭洛倫茲中心舉行的會議上，一群由科學家、聲音工程師和教育工作者組成的混合團隊，代表著新興的天文聲音化領域的領導者，齊聚一堂，討論當前的專案並規劃未來的發展方向。他們的工作有望擴大未來幾代 BVI 科學家的可及性，併為所有天文學家，包括視力正常和 BVI 人士，創造分析宇宙的新方法。
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“天文領域中的盲人越多，像我這樣呼籲這些改變和改進的聲音就越多，我們就越能看到滾雪球效應，”凱恩說。
她在新冠疫情早期體驗了她的第一次天文聲音化，當時她為一個名為 Astronify 的專案提供諮詢。研究人員給凱恩播放了各種類似鐘聲的音調，以確定她偏好哪種音高和音色最能捕捉行星凌星現象——當一顆恆星的光線因一顆伴隨行星從地球角度穿過其前方而變暗時。她將這種短暫的經過的聲音比作鋼琴上快速而簡短的滑音。總的來說，凱恩覺得這種體驗非常直觀。
“我們習慣於認為天文學是一門視覺科學，但這實際上只是我們的一種習慣，”義大利國家天體物理研究所的天文學家、12 月會議的組織者之一 安妮塔·扎內拉 說。“我們基本上都對天空視而不見；我們只能看到那裡極小的一部分。其餘的只是我們給出的表示。”
天文聲音化主要用於教育目的，作為一種啟發 BVI 人士的工具，就像來自世界頂級望遠鏡的生動星系圖片啟發了幾代視力正常的人一樣。
扎內拉說，這次會議是邁向標準化和擴充套件該領域的更大旅程的早期步驟。與許多主要由基層推動的努力一樣，天文聲音化缺乏任何中央組織結構來正式跟蹤所有各種倡議。會議的關鍵任務之一是盤點大約 100 個現有專案，以確定正在進行的活動有多少。從那裡，制定一個在教育和研究環境中聲音化資料的框架的宏偉目標可能指日可待。
有大量工作要做。目前，研究人員甚至在最基本的問題上都缺乏共識：他們應該使用低音調還是高音調來表示非常明亮的恆星？聽眾更容易接受真實樂器的聲音還是計算機合成器的聲音？聲音化甚至可以成為嚴肅的天文研究的有用工具嗎？
“標準化很難！沒有一本手冊說，‘你想聲音化資料？從這裡開始，’”科學傳播者 金伯利·阿肯德 說，她聲音化了 NASA 錢德拉 X 射線天文臺的資料。
尋找標準
聲音化並非完全是一個新的科學概念或工具。想想蓋革計數器發出的不祥的咔噠聲，這是一種 1908 年發明的裝置，它使用聲音來跟蹤輻射水平。天文聲音化也以各種形式存在了幾十年。例如，想想透過射電望遠鏡聽到的旋轉脈衝星的節拍器般的滴答聲，或者最近，2015 年發出訊號表明首次直接探測到來自一對合並黑洞的引力波的“啁啾聲”。然而，新的變化是天文學家越來越意識到並敏感於 BVI 研究人員和普通民眾的需求。
除了可及性問題外，使用聲音而不是視覺進行科學分析也有其優勢。人類的耳朵可以捕捉到眼睛看不見的變化，並且我們的耳朵更擅長過濾掉噪音。但這並不意味著創造能夠啟發學生或幫助天文研究的音訊是簡單的。當英國天文學家 克里斯·哈里森 建立了一個視聽節目，帶領英國紐卡斯爾教室裡的 BVI 孩子們進行太陽系之旅時，他說他使用了“酷炫的太空聲音”來代表太陽系。結果失敗了。
“我們給一些孩子播放了這些聲音，他們說，‘我不知道這是什麼。這是垃圾。’他們就像，‘你們就不能用樂器嗎？’”紐卡斯爾大學學術軌道研究員哈里森說。“所以我們這樣做了，結果更受歡迎。對我們來說，很明顯你需要進行對話。”
在最初的失敗之後，現在經過改進的節目透過視覺效果、旁白和聲音化的結合來呈現太陽系，取得了成功。當行星和太陽在聽眾和觀眾的“頭部”周圍執行時，每個天體都會發出與其運動相對應的獨特音高和樂器聲——例如，木星的特色是隆隆的低音長號聲。
哈里森計劃使用他為該節目建立的開原始碼作為其他聲音化的模板。他說，該節目的反饋將為潛在的框架提供資訊。
“我們有條形圖；我們有散點圖；我們有餅圖。我們有一套標準的圖形，你在整個學校和大學期間都會學到，但其中仍然存在自定義，”他說。“我認為那是我們的目標：建立一個標準的框架，比如，‘這就是你進行聲音對映的方式。’但在其中，你可以做出一些個人選擇。”
安達盧西亞天體物理研究所的天體物理學家魯本·加西亞-貝尼託說，製作可以適應聽眾文化背景的可定製工具對於教育工作者和科學家至關重要。他以他的兩位音樂家同事的經歷為例：一位接受過歐洲古典音樂的訓練，而另一位則從事波斯傳統音樂。每位音樂家最初都覺得對方的地域音樂很無聊，但在廣泛聆聽後學會了欣賞。
加西亞-貝尼託說，天文聲音化的運作方式也類似。西方聽眾可能會在採用爪哇加麥蘭音樂的聲音化中經歷一個學習曲線，但包含此類選項的框架可以靈活地適應資料的需求。
“我們都生活在同一片天空下，”他說。“如果宇宙是沉默的，那麼我們在天文聲音化中印刻的文化背景是多元的就很重要，這樣它才能擁有多種聲音。”
響亮的號召
作為該領域自稱的“大家長和總秘書”，凱特·梅雷迪思多年來一直組織關於聲音化的線上小組討論，並遊說為研究爭取更多資金。
“說‘我需要一棟輪椅可通行的望遠鏡建築’要容易得多，”梅雷迪思說，她是日內瓦湖天體物理學和 STEAM (GLAS) 的主席，該組織致力於建立包容性的科學實踐。“但由於[天文]聲音化非常新，因為它沒有被很好地理解，所以獲得最初的‘是’是一個挑戰。”
現有的聲音化專案可能有助於獲得資金並作為科學實用性的證明。由於人類的耳朵擅長感知模式，許多精通聲音的天文學家正在處理嘈雜的資料集，並使用音訊線索來篩選垃圾。扎內拉即將發表的工作將提高我們對遙遠星系的感知。除了聲音化系外行星凌星現象外，研究人員還在試驗超新星和其他瞬變宇宙事件的可聽資料。
音高通常用作表示資料的變數，因為人類比響度或音色更容易記住音高關係。梅雷迪思對天文聲音化的未來持樂觀態度，但她說，必須出現其他指導方針，以使這種實踐能夠擴大其當前的教學重點，併成為一種強大的分析工具。
“在發表足夠的研究之前，標準化不會出現，”她說。“你不能只是去發明一個標準。你需要測試和探索，標準會從這些經驗中產生。”
作為一名法定盲人年輕天文學家，莎拉·凱恩具有利用這些新技術的獨特優勢。“我對[聲音化的]潛力非常樂觀。我對時間表不太樂觀，”她說。“撥款推動科學發展。但我不認為這種緩慢表明瞭聲音化的潛力。”
今年晚些時候，當扎內拉和她的同事將義大利卡斯特拉羅拉古塞洛村改造成天文聲音化節日時，這種潛力將得到展示，屆時將為數千名 BVI 人士舉辦講座和演示。她認為，此類活動可以激勵下一代科學家。
“我認為人類與探索天文學、天空中的事物以及事物之間的關係之間存在著非常強的聯絡，”她說。“天空中有那麼多令人難以置信的事物。我認為每個人都應該有機會欣賞這種美麗。”