Vintagefilm tilbyder ny indsigt om Antarktis

For 50 år siden, et hold videnskabsmænd krydsede Antarktis med fly, indsamling af radarbilleder af iskapperne. Nu, en multi-kontinent indsats for at digitalisere og analysere, at gamle data – med hjælp fra Hollywood – giver uvurderlig indsigt om formen og strømmen af ​​det sydlige kontinents iskapper og deres bidrag til havniveaustigningen, når verden opvarmes.

Projektet, et samarbejde mellem Stanford University og Scott Polar Research Institute (SPRI) ved Cambridge University i Storbritannien, blev ledet af Stanford geofysiker Dustin "Dusty" Schroeder, som troede så stærkt på værdien af ​​de data, der var lagret på filmene, at han risikerede en sund del af sit forskningsbudget på en topmoderne digital filmscanner.

"Det var et seriøst væddemål, men det er så sjældent, at du har mulighed for at gendanne information fra tidlige observationer, der dannede grundlaget for dit felt, og for at gøre det tilgængeligt for det moderne videnskabelige samfund, som vi var nødt til at prøve, " siger Schrøder, som er assisterende professor i geofysik ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab.

Den næsten 1, 000 ruller 35 mm og 8 mm film var blevet samlet i slutningen af ​​1960'erne og 1970'erne som en del af en antarktisk undersøgelse udført af et internationalt konsortium af amerikanske, britiske og danske geoforskere.

flyvningerne, lavet ved hjælp af et ombygget amerikansk militær C-130 langdistancefly, var gearet til at udforske Antarktis, som på mange måder var terra incognita på det tidspunkt. "Det var det sidste uudforskede kontinent, og disse videnskabsmænd forsøgte at besvare grundlæggende spørgsmål, som hvad der var under al den is, " siger Schrøder.

Disse historiske radarmålinger er stadig relevante i dag, Schroeder siger, og kunne hjælpe med at forbedre videnskabelige forudsigelser om, hvordan klimaændringer påvirker isen på det frosne kontinent - en af ​​de største usikkerheder i forudsigelser om havniveaustigninger.

"IPCC [Intergovernmental Panel on Climate Change] arbejder hårdt på at lave klimaforandringer, der forlænger 20, 30, 50 år ud i fremtiden, " siger Schroeder. "Med disse gamle optegnelser, vi ved, hvordan Antarktis så ud for 40 år siden, så vi kan se, hvor godt vores modeller nøjagtigt kan simulere de tidligere ændringer, der er sket. Hvis de gør, det giver os mere tillid til deres prognoser for fremtiden."

Ånder nyt liv i gammel film

Udført i løbet af omkring et årti, de luftbårne undersøgelser involverede gentagne gange at krydse Antarktis, dækker i alt omkring en kvart million line miles, og bruge isgennemtrængende radar til at kigge under overfladen ned til en dybde på omkring 3 miles.

Fordi digitale harddiske ikke eksisterede dengang, videnskabsmænd registrerede radardata på analog film, som derefter skulle udvikles og møjsommeligt analyseres i hånden. "De ville skinne et lys gennem filmen for at se krusedullerne og billederne optaget på den analoge optagelse af selve filmen, eller de skulle lave print af filmen for at studere dem, " siger Schrøder.

I de mellemliggende år, Der er udviklet digitale filmscannere, der kan plukke nye detaljer ud af gammel film. "Vi er nu i stand til at se meget svagere træk på de scannede billeder, end det menneskelige øje kan se, " siger Schrøder.

Schroeder er ikke den første, der har fået ideen om at køre gammel videnskabelig film gennem moderne scannere for at vride hver sidste bit af nyttige data ud. Et projekt ved Lawrence Livermore National Laboratory involverer restaurering og digitalisering af gamle film af atombombetests for at forbedre moderne computermodeller af nukleare detonationer.

Lasergrafik, et filmscannerfirma med base i Irvine, Californien, forudsat de scannere, der blev brugt i både Livermore- og Antarktis-projekterne. Den særlige model, Schroeder brugte, kostede cirka $ 100, 000 og kan scanne film med op til 30 billeder i sekundet ved 5K opløsning.

Før vintagefilmene kunne analyseres, Stanford og SPRI-forskere var nødt til at katalogisere, bevare og forberede dem til et format, som den digitale scanner kunne klare.

Den cirka 1, 000 ruller antarktisk film blev opbevaret på et museum i Storbritannien, og Schroeder havde tilladelse fra SPRI-direktør Julian Dowdeswell til at få adgang til dem. "Jeg kendte Dusty fra da vi var en del af et samarbejdende luftbåren radarprogram for et par år siden, så jeg var glad for at arbejde med ham, i betragtning af hans detaljerede ekspertise i analyse og fortolkning af radardata, " siger Dowdeswell.

Filmens skrøbelighed, imidlertid, og det faktum, at de også var vigtige historiske artefakter af polar udforskning, betød, at de ikke kunne forlade museet. For at digitalisere filmen, Schroeder og hans scanner - som krævede to personer at bære - måtte rejse til Cambridge.

Med hjælp fra to kunsthistorikere, han hyrede til projektet, Schroeder tilbragte to uger på University of Cambridge omhyggeligt at katalogisere og derefter splejse hundredvis af ruller film i cirka 75 ruller, som den digitale scanner kunne læse. "Vi var på museet i 14 til 16 timer om dagen. Vi var værter på Cambridge University og spiste i fakultets spisesal, " siger Schroeder. "Det var en meget Harry Potter-lignende oplevelse."

Alt i alt, de antarktiske radarmålinger gemt på filmen optog 80 terabytes data, som Schroeder transporterede tilbage til Stanford på 12 harddiske til analyse.

Tak til Akademiet

Der var en sidste forhindring at overvinde, før Schroeder følte, at scanningen var færdig:Ud over de hundredvis af ruller fremkaldt film, der var omkring 70 patroner af uudviklet 8 mm film.

"8mm-filmen indeholdt radiometrisk information, der var fraværende i 35mm-filmen, "Siger Schroeder. "At gøre brug af den information var en af ​​de ting, jeg var mest begejstret for på projektet."

Men på trods af alle hans anstrengelser, Schroeder kunne ikke finde et sted i Storbritannien, der stadig udviklede det gamle filmformat. Da hans tid i Cambridge sluttede, Schroeder gav næsten op, men så havde han en idé.

"Jeg gik til Oscars.com, fordi jeg troede, de kendte til film, " siger han. "Det førte mig til Academy of Motion Picture Arts and Sciences, og bemærkelsesværdigt nok var de i stand til at bringe mig i kontakt med nogle filmudviklere i Californien. Så, Det vil jeg gerne takke Akademiet for."

Schroeder fik lov til at transportere den ueksponerede 8 mm film til Californien for fremkaldelse, men på én betingelse:Han måtte bære den i hånden og aldrig slippe den ud af syne. Den bestemmelse førte til en anspændt meningsudveksling i Heathrow Lufthavn, da Schroeder nægtede at lade sikkerhedsrøntgenfotografere filmen. "Jeg var der og holdt fast i filmen, og fortæller dem 'Dette er en uvurderlig klimarekord! Er du tryg ved at ødelægge det?'" siger Schroeder. "Til sidst kom vi til en forståelse, og det lykkedes mig at nå flyet."

Filmen blev til sidst sendt til Pro8mm, et filmbehandlingsfirma beliggende kun to miles fra Warner Bros. Studio i Burbank, Californien. Selvom selskabet advarede Schroeder om ikke at få håbet op med en så gammel film, de var i stand til at digitalisere alt på en dag.

For at give mening med de nyligt digitaliserede radardata, Schroeder samarbejdede med Stanford-dataloger, der anvendte computersyn og maskinlæringsteknikker til automatisk at læse og registrere nøgletal på de scannede filmbilleder.

Tallene repræsenterede information om konfigurationen af ​​radarantennerne og tidsstempler for de flyvninger, når de er parret med forskernes håndskrevne logfiler, gav værdifuld bredde- og længdegradsinformation. "For at gøre noget nyttigt med dataene, vi var nødt til at udtrække alle de trykte cifre på filmen, " siger John Emmons, en ph.d.-studerende i datalogi ved Stanford, der arbejdede på projektet.

Emmons udviklede et program til at læse eller gætte, hvilket tal et ciffer repræsenterer, selv når tallet var på film, der var blevet vendt på hovedet, eller omvendt, eller delvist skjult af klæbende tape.

Keith Winstein, en assisterende professor i datalogi ved Stanford og Emmons' rådgiver, siger, at han var spændt på at arbejde på et så usædvanligt projekt. "Muligheden for at bruge big data-analyse og computersynsteknikker til at yde et bidrag til glaciologien - det er en sjælden og spændende ting for os, " siger Winstein.

Schroeder siger, at resultaterne fra hans teams foreløbige analyser af de behandlede data ser lovende ud. "Vores billeder viser islag, der ikke var synlige i de ældre publikationer, fordi opløsningen af ​​den scannede film er så meget højere, "Siger Schroeder.

Det er ikke kun, at forskerne nu kan se mere i de gamle film, de ser også på dem med et nyt perspektiv – et, der nyder godt af et halvt århundredes videnskabelige bagklogskab. "Disse data blev indsamlet i en tid, hvor man ikke vidste meget om den antarktiske iskappe, " siger Schroeder. "Siden da, forskere har fundet kanaler under ishylderne, og vi ved mere om, hvordan jordforbindelseslinjer fungerer. Vi forstår, at Antarktis er et meget mere dynamisk sted, end vi troede dengang. Når vi ser på denne film nu, vi kan se beviser for mange af disse ting i de gamle optegnelser, fordi vi ved, hvad vi skal kigge efter."

Schroeders gruppe forventer at offentliggøre resultater fra deres projekt næste år, og de arbejder sammen med Stanford Libraries for at gøre dataene offentligt tilgængelige gennem en online virtuel udstilling.

I stigende grad, Schroeder siger, at hans satsning på den avancerede filmscanner ligner en smart indsats. "Vi har siden hørt om andre lignende luftbårne isgennemtrængende undersøgelser af Antarktis og Grønland, som også blev optaget på film, og vi arbejder på at digitalisere dem også, " siger han. "Scanneren har været en meget mere interessant og langvarig investering, end jeg troede, den ville være."