莎拉·凯恩从小就梦想研究太空。她正在朝着这个目标稳步前进。现在，作为宾夕法尼亚大学的一名大四本科生，凯恩在过去的两年里一直使用机器学习分析宇宙。但有一个小问题：天文学是一个高度视觉化的领域，而凯恩是法定盲人。
“在我成长的过程中，人们会问，‘你到底要怎么成为一名天文学家？如果你看不到望远镜，你就看不到星星，’”凯恩说。“但这并不是现代天文学的真正运作方式。很多时候，天文学家只是在电脑上进行数据分析。电脑可以实现无障碍访问。”
为了实现他们的梦想，凯恩和其他有抱负的盲人或视障 (BVI) 研究人员正大力押注于将科学数据转化为声音的努力，也称为声音化。在去年 12 月于荷兰洛伦兹中心举行的会议上，一群由科学家、声音工程师和教育工作者组成的混合团队，代表着新兴的天文声音化领域的领导者，齐聚一堂，讨论当前的项目并规划未来的发展方向。他们的工作有望扩大未来几代 BVI 科学家的可及性，并为所有天文学家，包括视力正常和 BVI 人士，创造分析宇宙的新方法。
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“天文领域中的盲人越多，像我这样呼吁这些改变和改进的声音就越多，我们就越能看到滚雪球效应，”凯恩说。
她在新冠疫情早期体验了她的第一次天文声音化，当时她为一个名为 Astronify 的项目提供咨询。研究人员给凯恩播放了各种类似钟声的音调，以确定她偏好哪种音高和音色最能捕捉行星凌星现象——当一颗恒星的光线因一颗伴随行星从地球角度穿过其前方而变暗时。她将这种短暂的经过的声音比作钢琴上快速而简短的滑音。总的来说，凯恩觉得这种体验非常直观。
“我们习惯于认为天文学是一门视觉科学，但这实际上只是我们的一种习惯，”意大利国家天体物理研究所的天文学家、12 月会议的组织者之一 安妮塔·扎内拉 说。“我们基本上都对天空视而不见；我们只能看到那里极小的一部分。其余的只是我们给出的表示。”
天文声音化主要用于教育目的，作为一种启发 BVI 人士的工具，就像来自世界顶级望远镜的生动星系图片启发了几代视力正常的人一样。
扎内拉说，这次会议是迈向标准化和扩展该领域的更大旅程的早期步骤。与许多主要由基层推动的努力一样，天文声音化缺乏任何中央组织结构来正式跟踪所有各种倡议。会议的关键任务之一是盘点大约 100 个现有项目，以确定正在进行的活动有多少。从那里，制定一个在教育和研究环境中声音化数据的框架的宏伟目标可能指日可待。
有大量工作要做。目前，研究人员甚至在最基本的问题上都缺乏共识：他们应该使用低音调还是高音调来表示非常明亮的恒星？听众更容易接受真实乐器的声音还是计算机合成器的声音？声音化甚至可以成为严肃的天文研究的有用工具吗？
“标准化很难！没有一本手册说，‘你想声音化数据？从这里开始，’”科学传播者 金伯利·阿肯德 说，她声音化了 NASA 钱德拉 X 射线天文台的数据。
寻找标准
声音化并非完全是一个新的科学概念或工具。想想盖革计数器发出的不祥的咔哒声，这是一种 1908 年发明的设备，它使用声音来跟踪辐射水平。天文声音化也以各种形式存在了几十年。例如，想想通过射电望远镜听到的旋转脉冲星的节拍器般的滴答声，或者最近，2015 年发出信号表明首次直接探测到来自一对合并黑洞的引力波的“啁啾声”。然而，新的变化是天文学家越来越意识到并敏感于 BVI 研究人员和普通民众的需求。
除了可及性问题外，使用声音而不是视觉进行科学分析也有其优势。人类的耳朵可以捕捉到眼睛看不见的变化，并且我们的耳朵更擅长过滤掉噪音。但这并不意味着创造能够启发学生或帮助天文研究的音频是简单的。当英国天文学家 克里斯·哈里森 创建了一个视听节目，带领英国纽卡斯尔教室里的 BVI 孩子们进行太阳系之旅时，他说他使用了“酷炫的太空声音”来代表太阳系。结果失败了。
“我们给一些孩子播放了这些声音，他们说，‘我不知道这是什么。这是垃圾。’他们就像，‘你们就不能用乐器吗？’”纽卡斯尔大学学术轨道研究员哈里森说。“所以我们这样做了，结果更受欢迎。对我们来说，很明显你需要进行对话。”
在最初的失败之后，现在经过改进的节目通过视觉效果、旁白和声音化的结合来呈现太阳系，取得了成功。当行星和太阳在听众和观众的“头部”周围运行时，每个天体都会发出与其运动相对应的独特音高和乐器声——例如，木星的特色是隆隆的低音长号声。
哈里森计划使用他为该节目创建的开源代码作为其他声音化的模板。他说，该节目的反馈将为潜在的框架提供信息。
“我们有条形图；我们有散点图；我们有饼图。我们有一套标准的图形，你在整个学校和大学期间都会学到，但其中仍然存在自定义，”他说。“我认为那是我们的目标：创建一个标准的框架，比如，‘这就是你进行声音映射的方式。’但在其中，你可以做出一些个人选择。”
安达卢西亚天体物理研究所的天体物理学家鲁本·加西亚-贝尼托说，制作可以适应听众文化背景的可定制工具对于教育工作者和科学家至关重要。他以他的两位音乐家同事的经历为例：一位接受过欧洲古典音乐的训练，而另一位则从事波斯传统音乐。每位音乐家最初都觉得对方的地域音乐很无聊，但在广泛聆听后学会了欣赏。
加西亚-贝尼托说，天文声音化的运作方式也类似。西方听众可能会在采用爪哇加麦兰音乐的声音化中经历一个学习曲线，但包含此类选项的框架可以灵活地适应数据的需求。
“我们都生活在同一片天空下，”他说。“如果宇宙是沉默的，那么我们在天文声音化中印刻的文化背景是多元的就很重要，这样它才能拥有多种声音。”
响亮的号召
作为该领域自称的“大家长和总秘书”，凯特·梅雷迪思多年来一直组织关于声音化的在线小组讨论，并游说为研究争取更多资金。
“说‘我需要一栋轮椅可通行的望远镜建筑’要容易得多，”梅雷迪思说，她是日内瓦湖天体物理学和 STEAM (GLAS) 的主席，该组织致力于创建包容性的科学实践。“但由于[天文]声音化非常新，因为它没有被很好地理解，所以获得最初的‘是’是一个挑战。”
现有的声音化项目可能有助于获得资金并作为科学实用性的证明。由于人类的耳朵擅长感知模式，许多精通声音的天文学家正在处理嘈杂的数据集，并使用音频线索来筛选垃圾。扎内拉即将发表的工作将提高我们对遥远星系的感知。除了声音化系外行星凌星现象外，研究人员还在试验超新星和其他瞬变宇宙事件的可听数据。
音高通常用作表示数据的变量，因为人类比响度或音色更容易记住音高关系。梅雷迪思对天文声音化的未来持乐观态度，但她说，必须出现其他指导方针，以使这种实践能够扩大其当前的教学重点，并成为一种强大的分析工具。
“在发表足够的研究之前，标准化不会出现，”她说。“你不能只是去发明一个标准。你需要测试和探索，标准会从这些经验中产生。”
作为一名法定盲人年轻天文学家，莎拉·凯恩具有利用这些新技术的独特优势。“我对[声音化的]潜力非常乐观。我对时间表不太乐观，”她说。“拨款推动科学发展。但我不认为这种缓慢表明了声音化的潜力。”
今年晚些时候，当扎内拉和她的同事将意大利卡斯特拉罗拉古塞洛村改造成天文声音化节日时，这种潜力将得到展示，届时将为数千名 BVI 人士举办讲座和演示。她认为，此类活动可以激励下一代科学家。
“我认为人类与探索天文学、天空中的事物以及事物之间的关系之间存在着非常强的联系，”她说。“天空中有那么多令人难以置信的事物。我认为每个人都应该有机会欣赏这种美丽。”