Астрономия с персональным компьютером

Мы живем в эпоху бурного развития вычислительной техники. Этот процесс затронул и нашу страну: спрос на персональные компьютеры постоянно растет, а литература по программированию — самый ходовой товар в книжных магазинах и на прилавках у "лоточников" Вслед за техникой из-за рубежа к нам хлынуло программное обеспечение, в том числе и для любителей астрономии. Но самое, наверное, отрадное в этом процессе то, что стали появляться и отечественные продукты, написанные как профессиональными программистами, так и просто любителями.

Давайте попытаемся разобраться, в каких областях астрономии персональные компьютеры могут оказать наибольшую пользу. Приведенная здесь попытка классификации программ, конечно, достаточно условна, поскольку многие из них способны решать задачи из "смежных" разделов. Но в целом эта классификация отражает то положение, которое сложилось сейчас на рынке компьютерных программ для любителей астрономии.

---

Самыми первыми на свет появились расчетные программы, позволяющие производить простейшие вычисления тех или иных астрономических событий: определение моментов времени восхода и захода, нахождение расстояния между небесными телами, переход из одной системы координат в другую, — список можно продолжать до бесконечности.

Как правило, эти программы характеризуются достаточно простым интерфейсом, а результаты вычислений выдаются в виде таблиц, которые можно затем сохранить в файл или распечатать на принтере. Они значительно облегчили жизнь астрономов, избавив их от большого числа рутинных вычислений.

С течением времени мощность вычислительных машин резко возросла, соответственно усложнились и программы, во много раз увеличились точность и сложность расчетов. И все же сегодня расчетные программы испытывают серьезную конкуренцию со стороны более комплексных продуктов, поэтому "на плаву" остаются либо сугубо специфические, либо основанные на особо точных алгоритмах.


Так, например, в США до сих пор пользуется популярностью программа MICA (Multiyear Interactive Computer Almanac), которая позволяет рассчитывать высокоточные эфемериды Солнца, Луны и планет Солнечной системы.

Среди отечественных продуктов можно выделить две программы, созданные любителем астрономии Иваном Мхитаровым: Eclipse и Occult. Первая программа позволяет рассчитывать обстоятельства лунных затмений и даже имеет небольшой анимационный блок, позволяющий просмотреть движение Луны через земную тень.

Программа Occult, наверное, в первую очередь заинтересует тех, кто наблюдает покрытия звезд Луной. Occult имеет встроенную базу данных с координатами звезд до 8т и осуществляет автоматический расчет обстоятельств покрытий или открытий для данной местности в указанный промежуток времени. Причем, для ускорения времени вычислений на "медленных" компьютерах имеется возможность регулировать степень точности вычислений.

И все же самым распространенным на данный момент типом компьютерных программ для любителей астрономии являются визуализаторы звездного неба, способные превратить экран вашего монитора в "домашний планетарий". И вам уже не страшны ни мороз, ни тучи — компьютер добросовестно отобразит вид звездного неба на текущий момент или на любую другую дату, что является идеальным инструментом при подготовке к предстоящим наблюдениям. "Стандартная" программа-визуализатор в настоящее время "обязана" обладать неким минимальным набором возможностей: показывать фигуры и границы созвездий, изменять масштаб вывода участка неба на экран, выдавать справочную информацию об отображаемых объектах. Как правило, все программы подобного рода кроме звезд и дип-скай объектов показывают видимые положения Солнца, Луны, планет, а также некоторых комет и астероидов.

Всем этим параметрам в полной мере соответствует отечественная программа Turbo Sky, созданная Александром Волынкиным. Turbo Sky имеет сведения о более чем 350000 звезд и 2000 незвездных объектов, 200 комет и астероидов и показывает вид звездного неба из любой точки нашей планеты (включая центр Земли) в интервале ±10000 лет (с учетом прецессии).

Зарубежный рынок насчитывает несколько десятков программ-визуализаторов, и поэтому подробно останавливаться на каждой из них у нас нет возможности. Так что придется ограничиться лишь перечислением самых известных: Distant Suns, Earth Centered Universe, PC Sky, SkyGlobe, TheSky. Различия между ними в основном заключаются в количестве отображаемых звезд и незвездных объектов, а также в скорости и точности вычислений. Но основная тенденция у всех разработчиков одна: больше информации, больше дополнительных "сервисных" функций и их интеграция.


Среди визуализаторов звездного неба есть небольшая группа программ, стоящая немного "особняком". Их специализация — особо пристальное внимание к объектам Солнечной системы. Самым ярким примером является программа Dance of the Planets, с высокой точностью показывающая планеты со всеми спутниками, а также кометы и астероиды из любой точки Солнечной системы. Ее популярность в США настолько велика, что существует даже клуб пользователей этой программы.

Тему малых планет Солнечной системы успешно развивает программа Ceres, созданная сотрудниками Института Теоретической Астрономии (Санкт-Петербург), самого авторитетного научного заведения в этой области. Ceres позволяет вычислять положения любого из более чем 5000 известных астероидов и наносить их пути на карту со звездами до 9.5^m.

Стремление "впихнуть" максимально возможное количество информации о небесных объектах в одну программу привело к созданию электронных карт. Среди них: Guide, LodeStar Pro GS, MegaStar, SkyMap, TheSky GSC. В "багаже знаний" этих программ содержатся сведения о 15 миллионах звезд (до 15^m), десятках тысяч дип-скай объектов и тысячах комет и астероидов. Понятно, что такой объем информации уже слишком велик, чтобы уместиться на нескольких дискетах, поэтому программы этого типа распространяются на становящихся все более популярными компакт-дисках (CD-ROM). Ведь на один такой диск можно записать более 600 мегабайт данных, а это больше, чем объем стандартного "жесткого" диска компьютера! Самая распространенная область применения программ этой группы — составление подробнейших поисковых карт для наблюдений или отождествления слабых объектов.

Большинство новых версий зарубежных программ-визуализаторов теперь содержат еще одну функцию, а именно: возможность управления телескопом. Это связано с тем, что управляемые компьютером монтировки становятся там все более распространенными. Представьте себе: вы просто набираете на клавиатуре "М31" или указываете "мышью" в нужную точку на экране монитора, а компьютер по специальному кабелю отдает команду на запуск двигателей и телескоп сам наводится на Туманность Андромеды. А если на таком телескопе вместо окуляра установлена ПЗС-матрица, то через несколько секунд на монитор будет выведено изображение этой галактики. При этом вам не придется даже вставать со стула! Правда, многие полагают, что это уже не "настоящая" астрономия...



Действительно, значительная доля прелести наблюдений дип-скай объектов состоит именно в процессе их поиска, а при таких, "компьютерных" наблюдениях все это теряется, пропадает ощущение непосредственного "общения" с небом.

Но настоящим триумфом "дистанционной" астрономии стал разработанный два года назад фирмой Software Bisque комплекс Remote Astronomy. Программное обеспечение позволяет вести управление и получать изображения небесных объектов на специально выделенном для этого на г. Маунт Паломар 40-см телескопе с ПЗС-матрицей из любой точки земного шара при помощи модема (устройства для обмена информацией между компьютерами по обычным телефонным проводам). Пробный запуск программы состоялся 21 августа 1993 г., когда президент компании получил на свой компьютер более дюжины изображений звезд и галактик, находясь в своем офисе на расстоянии свыше 1000 км от обсерватории! И теперь каждый университет, астрономический клуб или просто любитель астрономии (предварительно забронировав и оплатив наблюдательное время) может получить возможность работать на профессиональной аппаратуре, не выходя из дома.

Однако получить при помощи ПЗС-матрицы изображение на компьютер — это еще только полдела. После этого изображение надо еще обработать: убрать "шумы", наложить маски, "поднять" контраст, "подправить" цветовой баланс и так далее. Современные программы обработки изображений, такие как Hidden Image, Imagine-32, Mira, PhotoShop и PhotoStyler позволяют за считанные секунды производить с изображениями все мыслимые преобразования. И все это без необходимости разведения химикатов и наличия темной комнаты, фотоувеличителя и еще многих других вещей, без которых не обходится ни один фотограф. Хотя грань между "обычной" и цифровой фотографией постепенно стирается: все большее количество лабораторий фирмы Kodak теперь предлагает новый вид услуг — оцифровку слайдов, для их последующей компьютерной обработки.

Отличные перспективы вырисовываются перед программами, использующими самые последние достижения в области мультимедиа: комбинацию видео изображений и звукового сопровождения (программы Red Shift, Mars Explorer, Venus Explorer и др.). Чаще всего эта технология применяется в образовательных и обучающих программах.

В качестве примера обучающей программы можно назвать проект CLEA (Contemporary Laboratory Experiences in Astronomy). Эта программа предлагает студенту провести самостоятельные исследования по различным темам, среди которых: определение массы спутников Юпитера (по данным Вояджера), период обращения Меркурия (вы как бы управляете большим радиотелескопом), фотометрия Плеяд (у вас есть доступ к метровому телескопу с фотометром), вычисление постоянной Хаббла (получая спектры галактик на телескопах диаметром от 0.4 до 1 м), и некоторые другие. Создатели программы настолько далеко продвинулись в приближении к реальности, что, например, в некоторые дни программа сообщает вам, что "из-за плохой погоды сегодня наблюдения проводиться не будут".

В нашей стране в этом плане пока делаются только первые шаги. "Первой ласточкой" здесь стала созданная по заказу Московского планетария программа "Астропанорама" (автор Андрей Кузнецов). Она знакомит пользователя с начальными сведениями о Солнце, Луне, звездах, планетах и малых телах Солнечной системы и содержит богатую коллекцию цветных изображений самых различных астрономических объектов.

---

Конечно же, применение компьютеров в астрономии не исчерпывается рассмотренными вопросами, да и невозможно в рамках одной статьи упомянуть обо всех аспектах этой проблемы. Ничего не было сказано, например, о программах расчета оптики. А компьютерные сети? Ну, об этом еще речь обязательно пойдет, и, надеюсь, что довольно скоро. Так что эту статью можно рассматривать как приглашение к дискуссии на тему "Астрономия и компьютеры". Персональные компьютеры уже прочно вошли в арсенал любителей астрономии, и наш сайт будет впредь держать вас в курсе самых последних событий в этой области.