La gravità interattiva

Lo scorso mese Infini.to – Planetario di Torino e Museo dell’Astronomia e dello Spazio “A. Ferrari”  ha inaugurato un nuovo spazio interattivo dedicato allo spaziotempo e alle onde gravitazionali, realizzato in collaborazione con l’INFN, EGO European Gravitational Observatory, l’INAF Istituto Nazionale di Astrofisica e l’Università di Torino. Il percorso è costruito intorno ad una struttura che ricorda un wormhole e si snoda dalle idee fondamentali della Relatività Generale di Einstein, fino alle onde gravitazionali e agli strumenti che permettono di rivelarle. Costruire uno spazio interattivo su temi così astratti è stata una sfida; ne abbiamo parlato con Marco Brusa, fisico e divulgatore al Planetario di Torino.

Come si colloca la progettazione di questo nuovo spazio nel percorso di Infini.to?

Infini.to nasce nel settembre del 2007 come science centre dedicato all’astronomia e allo spazio. Un science centre è un luogo in cui i visitatori sono parte attiva: qui le persone possono “sperimentare” il museo interagendo con installazioni ed esperimenti. Questo consente loro di incuriosirsi ed emozionarsi, farsi delle domande e provare a rispondere nel corso della visita.

Il nostro science centre vive di due ambienti: un museo interattivo, disposto su quattro piani dallo 0 al -3, e un planetario digitale. Durante tutti questi anni di apertura, entrambi gli spazi hanno vissuto diversi rinnovamenti, parziali o totali, con l’obiettivo di renderli più interessanti ed efficaci.

L’area di quest’ultimo intervento si trova al piano -3, la parte del museo dedicata alla cosmologia. In questo spazio c’era già una parete dedicata allo spazio-tempo, con una grafica da leggere e osservare, che volevamo rendere più interattiva. Spaziotempo e onde gravitazionali non sono elementi facili su cui “mettere le mani”. La sfida è consistita nel mantenere il carattere interattivo del museo. L’abbiamo affrontata attraverso delle esperienze che ponessero il visitatore al centro di un processo attivo, e non fruitore passivo di contenuti.

Da cosa nasce la collaborazione con l’INFN e con EGO e come si è sviluppata?

Dell’INFN di cui conoscevamo bene l’installazione “Curvare lo spazio-tempo”, già allestita in occasione di festival e mostre. Il coinvolgimento di EGO è stato naturale in quanto consorzio che coordina l’attività di Virgo, l’osservatorio per le onde gravitazionali di Cascina, vicino a Pisa.

L’INFN è uno dei nostri partner scientifici, fin dalle origini di Infini.to, anche grazie alla vicinanza con la Sezione INFN di Torino. Nel tempo, si è rafforzata una relazione professionale con i team comunicazione dell’INFN e di EGO, in un processo virtuoso in cui le persone fanno comunicare le istituzioni. Questo, in particolare, grazie a Francesca Scianitti (Responsabile del Public Engagement per l’INFN) e Vincenzo Napolano (Responsabile della Comunicazione di EGO).

EGO ha fornito la consulenza per la costruzione del modellino del rivelatore Virgo e per l’installazione del software  di “Curvare lo spaziotempo”. Quest’ultima è stata sviluppata dall’Ufficio Comunicazione INFN, mentre il modellino è stato realizzato dalla Sezione INFN di Torino. I contenuti di approfondimento sono stati redatti con la preziosa consulenza scientifica dei ricercatori Luca Latronico e Alessandro Nagar della Sezione INFN di Torino.

Come avete inserito le nuove installazioni nel percorso di visita?

Nell’installazione “Curvare lo spaziotempo”, la presenza e i movimenti del corpo incurvano e alterano la forma di un reticolo spazio-tempo proiettato sulla parete. L’installazione era stata originariamente concepita come un’esperienza tra scienza e arte, con l’obiettivo di affascinare e incuriosire. Avendo scopo sopratutto scenografico-immersivo, era solitamente allestita in stanze dedicate, chiuse e buie. L’ostacolo che abbiamo dovuto affrontare per adattarla agli spazi del nostro museo è rappresentato proprio dalla luce: l’edificio ha infatti una parete vetrata esposta a sud e gli spazi sono permeabili fra loro.  Questo fa sì che nel corso delle stagioni e della giornata la quantità di luce sia molto variabile, e questo influenza la resa della proiezione.

Abbiamo allora cercato delle soluzioni alternative, provando a rielaborarla. Adesso l’installazione appare come una griglia, proiettata sulla parete accanto alla nuova grafica.  Sulla griglia sono lanciate in modo casuale delle piccole sfere di dimensioni differenti, che viaggiano in linea retta con una velocità fissa.

Quando si volge lo sguardo verso la griglia, una webcam riconosce i volti e associa a ciascun volto un attrattore gravitazionale. In corrispondenza del volto del visitatore, lo  spaziotempo si deforma, creando una buca di potenziale gravitazionale che attrae le sferette. Se prima viaggiavano in linea retta, a questo punto le sfere iniziano a interagire con buca. In questo modo, è possibile creare orbite aperte o ellissi, aumentare o diminuire la dimensione della buca di potenziale, avvicinandosi o allontanandosi. È possibile anche rendere le orbite più circolari o simulare l’effetto di fionda gravitazionale spostandosi lungo la parete.

È un’installazione divertente per i visitatori, che vede tutto il corpo come protagonista, e aiuta a intuire l’idea di fondo pur non raccontandola esplicitamente. Il tutto è corredato da testi  e immagini di approfondimento, che completano la narrazione e preparano per la tappa successiva del percorso. A destra della parte sullo spazio-tempo si apre infatti quella dedicata  alle sue perturbazioni, le onde gravitazionali.

Che ruolo ha in questo spazio il modellino del rivelatore Virgo?

Il modellino dell’interferometro si trova all’estrema destra dell’area. Ci siamo interrogati a lungo su quali informazioni fossero utili a fornire ai visitatori gli strumenti per capire, e quali i possibili livelli di lettura. Abbiamo infine scelto di raccontare attraverso due monitor interattivi l’origine delle onde gravitazionali e gli effetti che esse hanno sulla Terra e sui rivelatori.

Per il primo monitor abbiamo rielaborato un’installazione che avevamo già testato in un evento di piazza durante la Notte Europea dei Ricercatori. Ne sono protagonisti quattro corpi celesti (la Terra, Marte, una stella di neutroni e un buco nero) che possono interagire a coppie e produrre onde gravitazionali. Una volta selezionati i “contendenti”,  è possibile collocarli nello spazio e orientarne posizione e velocità iniziali, prima di lasciarli interagire. Una barra sulla sinistra evidenzia l’intensità delle onde gravitazionali generate; nella parte inferiore del monitor è rappresentata in diretta l’ampiezza dell’onda gravitazionale

L’obiettivo è guidare il visitatore a far interagire corpi capaci di generare onde gravitazionali rilevabili, ossia buchi neri e stelle di neutroni, orientandoli nel modo migliore. Quando questo accade, l’interferometro è in grado di rivelare l’onda prodotta. Per amplificare visivamente gli effetti, il segnale prodotto dura molto di più di quanto accada nella realtà ed è accompagnato da un suono.

Lo schermo fornisce anche l’opportunità di approfondire le onde gravitazionali e la loro osservazione con testi e immagini.

La seconda parte dell’interazione a monitor è dedicata agli effetti delle onde gravitazionali, che sappiamo però essere molto piccoli. Come li avete rappresentati?

L’effetto del passaggio di un’onda gravitazionale è una deformazione dello spazio-tempo che si manifesta nella deformazione degli oggetti che sono investiti dall’onda. Nei nostri due esempi, la deformazione riguarda la Terra e l’interferometro Virgo. Come specificato a monitor, gli effetti mostrati sono molto amplificati rispetto al reale. La rappresentazione permette però di capire che le deformazioni sono ortogonali rispetto alla direzione di propagazione dell’onda.

Nell’esempio della Terra, il visitatore sceglie un punto nello spazio intorno al pianeta da cui “lanciare” un’onda gravitazionale. Sulla superficie della Terra sono inoltre rappresentati gli interferometri Virgo, LIGO e Kagra.

Nel caso dell’interferometro Virgo, le onde gravitazionali possono essere “lanciate” nelle due direzioni parallele ai bracci dell’interferometro e in quella orientata trasversalmente. In questo modo, si osservano sia l’effetto di deformazione trasversale sia la presenza di un “angolo cieco” per gli interferometri.

Virgo può essere visualizzato da varie angolazioni e se ne possono approfondire le parti, nonché osservare uno schema ottico che mostra come cambia la figura di interferenza al passaggio delle onde gravitazionali. Testi di supporto approfondiscono i vari aspetti della rivelazione delle onde gravitazionali.

Queste esperienze e informazioni avvicinano i visitatori al tema delle onde gravitazionali e preparano il terreno per poter interagire con il modello di interferometro esposto accanto.

Anche il modello di interferometro è interattivo?

Il modello di interferometro è stato realizzato materialmente da  due tecnici elettronici della Sezione INFN di Torino, Antonio Zampieri e  Silvano Gallian, con la consulenza di EGO. Per renderlo interattivo, abbiamo isolato il modello dal pavimento per fare in modo che, in condizioni di relativa quiete, la figura di interferenza sia stabile. Basta però fare un salto nei pressi dell’installazione per “disturbare” la figura di interferenza. Questo elemento garantisce quindi l’interazione tra il pubblico e l’interferometro, mostrando la sensibilità dello strumento che è in grado di percepire anche piccole vibrazioni del terreno.  Anche in questo caso, abbiamo un’interazione che coinvolge tutto il corpo del visitatore.

Come stanno reagendo i visitatori a questa installazione?

Al momento molto bene: chi visita quest’area del museo scopre l’installazione “Spazio-tempo” passeggiando accanto alle grafiche, si accorge di aver modificato la rete con il proprio passaggio e inizia a muoversi per capire cosa sta succedendo. In questa prima fase le interazioni dei visitatori con questa e con le altre installazioni ci stanno aiutando a calibrarle meglio.

A volte capita che i visitatori trovino qualcuno dello staff del museo intento a lavorare all’installazione sullo spaziotempo, sistemando i parametri: anche quello è un momento per ingaggiare una chiacchierata con un visitatore che spesso è contento non solo di stare in un posto in cui si parla di scienza, ma incontrare le persone che fanno vivere quel posto.  Ho avuto la fortuna di essere coinvolto in prima persona nell’ideazione e nella realizzazione di questa area, ma è stato fondamentale interagire con i colleghi e le colleghe del museo, dalla parte multimediale alla biglietteria, che ci hanno permesso di sviluppare installazioni accurate nei contenuti e quanto più possibile chiare e accessibili a tutti. Credo che vederci al lavoro per i visitatori sia un valore aggiunto, che fa emergere come il museo sia anche uno spazio di ricerca.

Che strategie state utilizzando per valutare la risposta del pubblico?

Nel corso del tempo abbiamo testato diversi modi per ottenere un feedback dai visitatori, dai questionari on line accessibili da telefono con un QR code al tradizionale quaderno dei commenti. Molto spesso però, la cosa che funziona meglio per noi è osservare le loro reazioni e raccogliere le impressioni parlando con loro. Prima dell’inaugurazione del nuovo spazio abbiamo aperto l’area per un test preliminare e abbiamo implementato molti dei suggerimenti raccolti in vista dell’apertura dell’area. Continuiamo a monitorare l’interazione tra il pubblico e le postazioni, sia chiedendo riscontri diretti che osservando dall’esterno come le persone interagiscono con le installazioni, implementando così aggiornamenti ogni volta che ci sembra utile farlo. È uno dei vantaggi dello sviluppare le installazioni “in casa”: puoi modificarli, aggiornarli e migliorarli ogni volta!