La scienza dietro Log On Globe

La posizione della Luna proviene da una versione semplificata della teoria lunare ELP2000/Meeus, sommando i termini periodici della sua orbita per fissarne l'esatta direzione e distanza dalla Terra in ogni momento. Lo stesso calcolo rileva le eclissi solari e lunari, misurando l'allineamento tra il Sole e la Luna e la dimensione dell'ombra della Terra. Nelle viste ampie della Terra la Luna è disegnata più vicina e più grande della realtà per restare visibile; nelle viste delle missioni lunari diventa una seconda Luna, pienamente in scala, alla sua distanza reale e con il suo raggio effettivo, abbastanza vicina perché una navicella possa davvero raggiungerla e orbitarvi attorno. C'è altro su questo in «Scala e dimensioni» qui sotto.

L'orientamento del globo 3D è impostato una sola volta al caricamento dell'app, rivolto grossomodo verso la tua regione. Ciò che si muove davvero è la luce: la direzione del Sole viene ricalcolata a ogni fotogramma a partire dall'ora corrente (reale o simulata) e usata per illuminare il globo, producendo lo stesso effetto visivo di una Terra che ruota senza il costo di animarla. La sovrapposizione opzionale dei fusi orari funziona allo stesso modo, disegnata a partire dai confini reali dei fusi orari che puoi attivare nelle impostazioni.

Le stagioni derivano direttamente dal calcolo del Sole. Mentre il punto subsolare si sposta a nord e a sud nel corso dell'anno, un equinozio è il momento in cui attraversa l'equatore e un solstizio il momento in cui raggiunge il suo punto più estremo (il Tropico del Cancro o del Capricorno). Log On Globe trova ciascuno di questi istanti dallo stesso modello di declinazione solare che disegna la linea giorno/notte, e poi li mette in scena come brevi sequenze.

Entrambi i tipi derivano dalla stessa geometria Sole-Luna. In un'eclissi solare la Luna passa davanti al Sole, e l'app la rende sul disco stesso del Sole: un oscuramento totale cerchiato dalla corona, un anulare «anello di fuoco», o un morso parziale, a seconda dell'allineamento e della distanza della Luna. In un'eclissi lunare la Luna attraversa l'ombra della Terra e diventa rossa, e il risultato varia molto da un'eclissi all'altra per due ragioni indipendenti. La profondità (la magnitudine dell'ombra) è quanto centralmente la Luna attraversa l'ombra: un passaggio quasi centrale inghiotte l'intero disco in un rosso intenso per oltre un'ora, un passaggio radente tiene un bordo luminoso e dura solo pochi minuti. Il colore è graduato sulla scala di Danjon da 0 a 4, dal luminoso arancione ramato fino a un cupo, quasi invisibile, marrone scuro (le eclissi più scure tendono a seguire grandi eruzioni vulcaniche). Ogni eclissi catalogata è resa dalla propria magnitudine dell'ombra reale e dal proprio valore di Danjon, così un'eclissi profonda e scura e una superficiale e luminosa appaiono davvero diverse.

Una scena di aurora segue la reale catena di eventi. Un brillamento solare erutta sul Sole, scaglia un'espulsione di massa coronale (una CME) attraverso lo spazio, e l'app anima quella nube di particelle che attraversa lo spazio verso la Terra. Quando arriva, alimenta un effetto stilizzato di cortina di luce sopra i poli, più luminoso e che raggiunge latitudini più basse per le tempeste più forti. L'intensità della tempesta è il reale livello Kp / scala G dell'evento catalogato, da cui provengono anche i titoli delle tempeste con nome.

Il cielo di sfondo è composto da due strati. Un pulviscolo di decine di migliaia di punti è puramente decorativo, solo per dare profondità al cielo. Sopra ci sono le vere stelle: le principali stelle di tutte le 88 costellazioni, collocate nella loro vera posizione in cielo (la loro ascensione retta e la loro declinazione), dimensionate secondo la loro luminosità reale e tinte del loro colore reale, dal bianco-azzurro delle stelle più calde al rosso-arancio delle più fredde. Usano lo stesso calcolo di rotazione del cielo del Sole e della Luna, così tutto il cielo ruota correttamente con l'ora e il cursore del tempo, e le figure familiari (la cintura di Orione, il Grande Carro, la Croce del Sud) cadono al posto giusto. Passa il puntatore su una stella per rivelare le linee della sua costellazione e leggere il suo nome, il suo tipo, la sua distanza in anni luce e la sua magnitudine. La banda diffusa che attraversa il cielo è una vera mappa della Via Lattea fornita dalla NASA, e alcuni oggetti del cielo profondo (galassie lontane e nebulose) appaiono come vere fotografie, alla loro dimensione reale in cielo. Le distanze delle stelle sono i migliori valori noti dei cataloghi, e non correggiamo la minuscola deriva delle posizioni negli anni, invisibile a questa scala.

La ISS è tracciata dai suoi elementi orbitali reali e attuali (un «TLE», o Two-Line Element set), recuperati regolarmente da CelesTrak e propagati nel tempo con il modello SGP4, lo stesso standard usato dai tracciatori di satelliti in tutto il mondo. Questo fornisce la posizione reale della stazione in orbita in ogni momento, non un'approssimazione simulata. La sua dimensione sullo schermo è esagerata di proposito (vedi «Scala e dimensioni» qui sotto), poiché una stazione lunga quanto un campo da calcio sarebbe altrimenti un puntino accanto alla Terra.

Le missioni storiche della Crew Dragon di SpaceX riutilizzano il tracciamento orbitale reale della ISS, usando la posizione effettiva della stazione al momento di ogni missione. Le brevi manovre di aggancio e sgancio della Dragon (poche centinaia di metri, impercettibili alla scala del globo) non sono simulate fisicamente: sono disegnate come un movimento fluido e realistico verso o lontano dalla stazione. Le navicelle delle missioni lunari (i moduli di comando e lunari di Apollo, l'Orion di Artemis, la Starship) e i loro lanciatori (Saturn V, SLS, Falcon 9, Super Heavy) sono veri modelli 3D fatti volare lungo traiettorie composte a mano. Come vengono costruite quelle traiettorie è la domanda successiva.

Dipende dalla missione. Gli oggetti in orbita terrestre usano dati reali: la ISS e Hubble sono propagati da TLE recenti tramite SGP4, e il telescopio James Webb segue una vera effemeride di JPL Horizons. La posizione della Luna, ovunque, proviene dalla vera teoria lunare di Meeus. I viaggi cislunari, però, sono un'altra storia. Il tragitto verso la Luna, l'orbita lunare, un sorvolo a ritorno libero o un'orbita halo quasi rettilinea, e il ritorno e il rientro non sono meccanica orbitale completa: qui non c'è un propagatore per una traiettoria translunare. Sono curve realistiche composte a mano (archi parametrici lisci e Catmull-Rom, raccordati a ogni giunzione) calibrate per corrispondere alla cronologia reale e ai valori reali pubblicati (le proporzioni delle fasi di Apollo 11, l'altitudine di sorvolo di 6.513 km di Artemis II, e così via). Si incurvano verso la posizione effettiva calcolata della Luna all'arrivo, e alcuni eventi reali (come il cambio di rotta di circa 58° all'iniezione translunare) sono mantenuti deliberatamente netti mentre il resto è addolcito per la resa visiva.

Entrambi sono tracciati come gli altri satelliti, ma su orbite molto diverse. Hubble si trova in orbita terrestre bassa ed è propagato dal suo TLE dal vivo con SGP4, proprio come la ISS. Il telescopio spaziale James Webb orbita attorno a un punto ben oltre la Luna (il punto L2 Sole-Terra, a circa 1,5 milioni di km), quindi un TLE non si applica; segue invece una vera effemeride di JPL Horizons, ed è collocato a quella distanza reale. Entrambi i modelli sono disegnati un po' più grandi della scala per restare visibili.

Alla scala di Log On Globe, un'unità dello schermo è un raggio terrestre, quindi qualsiasi cosa costruita in dimensione reale accanto all'intero pianeta sarebbe un singolo pixel o meno. Ovunque ciò accadrebbe, l'oggetto è ingrandito quel tanto che basta per leggersi, e solo nelle viste ampie dove serve. Il Sole mantiene la sua distanza reale ma il suo disco è sovradimensionato e tenuto a una dimensione apparente costante (con un piccolo aumento extra per le inquadrature all'alba della ISS e della Dragon). La Luna è circa cinque o sei volte più grande del vero nelle viste ampie della Terra, ma scatta al suo raggio reale e alla sua distanza reale nelle viste delle missioni lunari, dove è abbastanza vicina da riempire onestamente l'inquadratura. La ISS e Hubble sono disegnati circa tre volte la loro dimensione reale. Ogni navicella con equipaggio usa lo stesso criterio pratico, dimensionata per leggersi contro lo spazio nero; gli stack di lancio (Saturn V, SLS, Falcon 9, Super Heavy) sono rimpiccioliti ulteriormente affinché l'intero razzo entri nell'inquadratura, e le capsule partono più piccole al decollo e tornano a dimensione piena una volta separate. Nulla di tutto questo è mai presentato come scala reale.

È un misto. Il Sole e la Luna provengono da modelli astronomici reali ma semplificati, tipicamente accurati a una frazione di grado. Le posizioni della ISS, di Hubble e di Webb sono accurate solo quanto i dati orbitali sottostanti, aggiornati regolarmente da fonti pubbliche. Le traiettorie delle missioni cislunari sono illustrazioni realistiche piuttosto che meccanica orbitale integrata. In breve: questi modelli sono costruiti per una visualizzazione in tempo reale fluida e credibile, non per la navigazione o per usi scientifici, e ovunque semplifichiamo o ingrandiamo, abbiamo cercato di dirlo.