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一个网页巡天应用,目标是提供市面上常用巡天软件的功能,但要更加便携、更加自定义、更加易用

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巡天 Night Sky Traveller

一个网页巡天应用,目标是提供市面上常用巡天软件的功能,但要更加便携、更加自定义、更加易用 希望借此应用的开发,了解更多的天文知识

本人非专业也缺少天文知识储备,应用最终的结果也许是完全不可靠的,请谨慎使用!如有意见建议请联系

功能

  • 星空模拟
    • 设定观察位置
    • 模拟大气,考虑空气质量、云层和光污染
    • 模拟地景,考虑日月光和光污染

开发

1 天文数据库

1.1 资料

1.2 数据库平台

  • VizieR
    • VizieR是法国斯特拉斯堡数据中心开发的数据融合工具。它提供了目前已发表数据的各种查询方式:按任务、波段或源的类型查、按关键字查(作者姓名、标题等信息)、按 星表名查、日期查、图像或光谱查、首字母缩写查、最常用的星表查;对单个源按位置坐标或星名查询等。对单个星表查询,用户可以自由选择所需参数。另外它也 提供了简单的交叉证认功能,用户可以上传文件与感兴趣的星表交叉证认。 软件工具 - 国家天文科学数据中心
    • Basic tutorial VizieR

1.3 数据库选择

1.4 数据解析

  • 格式
  • 字段
    • 名称

      • 肉眼可见的也许有传统赋予的名称,被沿用
      • 新发现的会现有编号,随后部分可以给予单独的名称取代编号
    • 光谱类型

      类型 颜色
      O 淡蓝色
      B 蓝白色
      A 白色
      F 黄白色
      G 黄色
      K 橙色
      M 红色
    • 赤经(Right Ascension,RA)和赤纬(Declination)

      • Right Ascension & Declination Celestial Coordinates for Beginners
      • 类似地球经纬度的模式,用来定义天体的位置
        • 春分点作为赤经的0°,类似经度的子午平分线
          • 但与经度不同,它只沿东方测量,范围是0°-360°,又因为一天有24小时,又可以用小时来计量,0h-24h,1h=15°,分钟秒钟也可以沿用进来
    • 自行(Proper Motion)

      • 恒星于一年内所行经的角度,赤经和赤纬各自有一个
      • 自行一般非常小
      • 形成原因
        • 本动:恒星本身的运动
        • 视察动:太阳运动引起的
      • 自行和岁差(后面坐标系会讲)加在一起称为年变
    • 星等(Magnitude)

      • 星等 - Wiki
      • What are Star Magnitudes?
      • 也叫做视星等,指代星体的相对亮度,越亮星等越低,主要由绝对星等、距离和星际尘埃决定
      • 人能分辨的极限大约是6.5等
      • 如果人们在理想环境下(清澈、晴朗且没有月亮的夜晚),肉眼能观察到的半个天空平均约3000颗星星(至6.5等计算),整个天球能被肉眼看到的星星则约有6000颗

1.5 知识

  • 坐标系
    • 背景
      • 关于J2000.0坐标系与WGS84坐标系的理解
      • 岁差
        • 地轴会绕一根轴(黄道轴)旋转,这根轴和地轴约23°26′,周期约25700年,主要原因是月球
      • 章动
        • 地轴随机摆动,大体分布再,原因是天体引力,相对岁差很小,约9.2″
        • 岁差和章动里,地轴不相对地球运动,因此不影响经纬度,但可能影响天体坐标系
      • 极移
        • 地轴相对地球本身移动,会造成经纬度变化
    • 天体坐标系(celestial coordinate)
      • https://zhuanlan.zhihu.com/p/396807910
      • 地理坐标系 Geographic Coordinate System
        • 自转轴:地球自转沿着的轴
          • 两端分别是北天极和南天极
          • 赤道:垂直于他的最大平面
          • 子午线/经线:穿过南北天极的大圆
          • 纬度(latitude)、经度(longitude)和高度(altitude)
            • 纬度:与地心连线和赤道面的夹角,北半球为正,南半球为负,范围[-90°,90°]
            • 经度:与地心连线和本初子午线的夹角,向东为正,向西为负,范围[-180°,180°]
              • 格林威治/本初子午线(Greenwich Meridian/Prime Meridian)是指经过伦敦格林威治天文台的子午线。
            • 高度:海拔高度,单位是米
          • 中天:星星穿过当地子午线的时刻(也是星星最高的时刻?),同一颗星星不同地点的中天时间不同
        • 纬度对星体可见性的影响
          • 不同纬度可见的星体是不同的,升起和落下也是不同的
          • 在赤道上,所有的星体都可见
          • 在南北极,只有一半的星体可见,且可见的都是拱极星(Circumpoalr star)
            • 拱极星
          • 其他纬度,一部分可见,有的还是拱极星,另一部分完全不可见
        • 天球地平和几何地平
          • 视地平(Apparent Horizon):在地平面上时,视角是一个半球范围
          • 几何地平(Geometric Horizon):站在高处时,视野范围会更大,大于一个半球
      • 地平坐标系 Horizonal Coordinate System
        • 以观测者所处的位置为中心,并且将观测者的视线作为基本面,也就是地平圈
          • 地平圈:和铅垂线垂直的平面并和天球相切,也就是我们所说的天球地平(Astronomical Horizon)
          • 对比地理坐标系,也有地平经纬线,地平子午线
          • 将星体位置投影到地平天球上,就可以用两个参数表示星体位置
            • 方位(Azimuth):即地平经度,简称Az,;天子午圈与天体所在的地平经圈平面的夹角,从南点(S)以顺时针方向测量。方位角的取值范围为0°~360°。
            • 高度(Altitude):即地平纬度,简称 h 或 Alt ; 天体和观测者的连线与地平圈的夹角或者天体的仰视角。高度的取值范围为+90° ~ -90°, 当高度为正数时,天体位于地平圈以上,也就是可见的天体,当高度为负数时,天体位于地平圈以下,也就无法观测。
    • J2000.0
      • J2000.0的“J”代表儒略历,从上文可以了解地球自转轴和春分点是不断变化的,如果坐标系以自转轴或者春分点做参考的话,则必须指定某一瞬时作为参考基准,这一时刻称为历元。J2000.0的历元就是2000年1月1.5日TBD(质心动力学时),对应的儒略日为2451545.0日。
        • 约50年更新一次,下一次更新在2050年
      • J2000.0坐标系以历元J2000.0的平天极及平春分点建立的协议天球坐标系,也称协议惯性坐标系,其与地球自转无关。Z轴指向北平天极,X轴指向平春分点,Y轴与Z、X成右手直角坐标系。
    • 坐标转换

2 渲染

  • API

  • 视角

    • 不宜选择常规的透视投影,因为在广角下的效果很差,和人眼差距太大
    • 鱼眼投影,可参考:Github - shaunlebron/blinky
    • Stellarium似乎采用这样的策略
      • 正视天空或地面时,使用360°鱼眼投影,然后根据缩放来裁剪,这样可以观察整个天空
      • 视线水平时,使用180°鱼眼投影,也根据缩放来裁剪,似乎想保证不会同时看到两个对立的方向
      • 在中间时,fov做插值
  • 星星渲染

    • 星星直径决定核心大小
    • 线性空间叠加光晕+tonemap
    • 大气影响
      • 蒙气差:大气密度产生的折射
      • 大气消光:大气物质对光线的吸收和折射
        • 空气质量
      • 大气扰动:影响视宁度,模糊、扭曲和闪烁
  • 地景渲染

    • 地景建模
    • 光污染级别影响亮度、轮廓
    • 月光影响亮度
  • 资料

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