Применение программного обеспечения "Aladin" для изучения объектов глубокого космоса

XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Применение программного обеспечения "Aladin" для изучения объектов глубокого космоса

Ионин А.Е. 1
1Муниципальное общеобразовательное учреждение Константиновская средняя школа
Кравец З.И. 1
1Муниципальное общеобразовательное учреждение Константиновская средняя школа Тутаевского муниципального района
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

В последнее время увлечение астрофотографией набирает всё большую популярность среди людей. Многие любители - астрономы уже умеют делать качественные изображения ночного неба с большой выдержкой даже на своих смартфонах, но я уверен, что не каждый из них знает, о чём может рассказать астрофотография, какую полезную дать информацию об участке неба, ими запечатлённого.

Актуальность проекта связана с потребностью помочь любителям астрономии, учащимся, изучающим физику, химию, астрономию на углублённом уровне, преподавателям, ведущим внеурочную деятельность, использовать программные продукты для получения информации, поступающей с телескопов об объектах глубокого космоса. Профессиональные астрономические программы позволяют обрабатывать эту информацию и давать целостную характеристику того или иного небесного тела.

Проблема:отсутствие инструкций для любителей астрономии по работе с информацией, поступающей с работающих как в космическом пространстве, так и на Земле телескопов. Профессиональные компьютерные программы, работающие с астрономическими базами данных в обсерваториях, неизвестны широкому кругу пользователей. Всё это препятствует получению новых знаний по физике, по химии, по астрономии для учащихся, занимающихся углублённо данными учебными предметами.

Цель проекта: разработать инструкцию по изучению объектов глубокого космоса на астрофотографии с помощью ПО "Aladin" и вспомогательных программ.

Задачи проекта:

  • получить астрофотографию участка звёздного неба в рамках проекта "Андромеда";

  • изучить работу ПО "Aladin" и смежные с ним программы "Astrometry.net", космологический калькулятор, SkyserverDSS;

  • разработать алгоритм изучения объектов глубокого космоса с помощью профессиональных астрономических программ.

Методы работы:

  • Теоретический: анализ и обобщение научной литературы

  • Практический: разработка инструкции по работе с ПО для нахождения и получения всех характеристик объекта глубокого космоса.

Ресурсы: компьютер и выход в интернет, проект "Андромеда", реализуемый в ЯрГУ им. П.Г. Демидова (физический факультет); наличие возможности брошюрования и цветной печати.

Практическая значимость: результаты данной работы будут интересны тем учащимся, кто изучает физику и химию на углублённом уровне, кто интересуется астрономией, а также учителям физики, химии, астрономии и математики, ведущим внеурочную деятельность.

Глава 1. Программное обеспечение "Aladin" и вспомогательные программы

Aladin - это интерактивный программный атлас неба, созданный во Франции в 1999 году. Он позволяет пользователю визуализировать оцифрованные астрофотографии, накладывать данные из астрономических каталогов или баз данных и получать доступ к связанным данным из базы данных Simbad, сервиса VizieR и других архивов. Aladin является мощным инструментом изучения данных и способствует развитию современной науки [1].

    1. Astrometry.net

Astometry.net - профессиональная астрономическая программа, позволяющая перевести любую астрофотографию в цифровой формат файлов FITS, который используется для передачи, хранения и редактирования изображений. Чаще всего он используется в астрономии.

    1. Simbad

Simbad (англ. Set of Identifications, Measurements, and Bibliography for Astronomical Data - «Наборидентификаторов, измеренийибиблиографииастрономическихданных») - базаданныхобастрономическихобъектах, лежащихзапределамиСолнечнойсистемы. Обновляемая ежедневно, база предоставляет изученную и опубликованную в научных изданиях информацию об астрономических объектах [2].

    1. Sloan Digital Sky Survey или SDSS

Sloan Digital Sky Survey (цифровой обзор неба Слоуна) или SDSS - это масштабное мультиспектральное исследование изображений красного смещения с использованием специального 2,5-метрового широкоугольного оптического телескопа в обсерватории Apache Point в Нью-Мексико, США. Главной задачей проекта является разбор огромного объёма данных, которые генерируют телескопы и приборы. В июле 2020 года после 20-летнего исследования астрофизики из Слоуновского цифрового обзора неба опубликовали самую большую и подробную на сегодняшний день трёхмерную карту Вселенной, заполнив пробел в 11 миллиардов лет в истории её расширения [3].

    1. Космологический калькулятор

Космологический калькулятор - это инструмент, используемый учёными для расчёта различных параметров, связанных с происхождением и эволюцией Вселенной, таких как: скорость расширения Вселенной, возраст и распределение вещества и энергии. Также этот инструмент позволяет нам узнать, сколько лет к нам шёл свет от какого-либо объекта глубокого космоса, определить расстояние до этого объекта и его возраст. Чтобы это сделать, в космологический калькулятор вводят следующие параметры:

  1. H (Параметр Хаббла) - коэффициент пропорциональности в законе Хаббла, устанавливающем линейную связь между скоростью удаления галактики и собственным расстоянием до неё.

  2. OmegaM - это характеристика, которая показывает количество всей материи в нашей Вселенной (барионной + тёмной).

  3. Omegavac - это гипотетическая сила, на которую приходится до 68,3 % всей энергии в наблюдаемой Вселенной. Ученые считают, что эта энергия отталкивает галактики друг от друга. Несмотря на множество непрямых доказательств ее существования, никто так до сих пор и не смог определить наличие темной энергии или объяснить, откуда она взялась.

Глава 2. Инструкция по работе с объектами глубокого космоса по нахождению их характеристик с помощью ПО "Aladin" и вспомогательных программ.

Шаг 1. В поисковой системе находим Astrometry.net, заходим в программу

Шаг 2. Переходим в раздел под названием «use», после чего выбираем «nova.astrometry.net» [Приложение 1. Рис. 1]

Шаг 3. Выбираем раздел «Upload» [Приложение 1. Рис. 2]

Шаг 4. Загружаем наше изображение в формате «JPG» для получения в формате «FITS» и переходим на страницу с результатами [Приложение 1. Рис. 3]

Шаг 5. Загружаем наше изображение в формате «FITS» [Приложение 1. Рис. 4]

Шаг 6. В поисковой системе находим Aladin и скачиваем программу. Загружаем новый формат нашего изображения [Приложение 2. Рис. 5]

Шаг 7. Выбираем каталог «Simbad» [Приложение 2. Рис. 6]

Шаг 8. Выбираем фильтр «Write type object» [Приложение 2. Рис. 7]

Шаг 9. Выбираем интересующий объект, выделяем его с помощью ЛКМ и переходим в базу данных этого объекта [Приложение 3. Рис. 8]

Шаг 10. Теперь можем попробовать найти спектр выбранного объекта. Для этого переходим в базу данных «VizieR», чтобы взять нужные нам координаты: прямое восхождение и склонение объекта [Приложение 3. Рис. 9]

Шаг 11. Находим в поисковой системе Sloan Digital Sky Survey или SDSS, заходим в программу и переходим в раздел под названием «Navigate» [Приложение 3. Рис. 10]

Шаг 12. Вставляем координаты из базы данных «VizieR» нашего объекта в раздел «Image Options» и смотрим спектр нашего объекта [Приложение 3. Рис. 11]

Шаг 13. В поисковой системе находим Космологический калькулятор и вносим данные по красному смещению нашего объекта (z), параметр Хаббла (H = 67,4 (км/с)/ Мпк) [Приложение 3. Рис. 12]

Шаг 14. Получаем отдельные характеристики объекта.

 

 

Глава 3. Квазар – объект глубокого космоса. Характеристики квазара.

3.1. Объекты глубокого космоса

Объекты глубокого космоса - это термин, который используется для обозначения астрономических объектов, находящихся за пределами Солнечной системы. К ним относятся звёзды, экзопланеты, туманности, звёздные скопления, квазары, галактики, чёрные дыры. Среди всех перечисленных объектов для меня самым загадочным стало «квазар». На полученном астрофото было решено искать этот объект. В поле моего зрения попал квазар под названием J1120+1340. Именно его и изучил с помощью ПО Aladin [4].

3.2. Что такое квазар

Квазар (англ. quasar) - класс астрономических объектов, являющихся одними из самых ярких в видимой Вселенной. Английский термин англ. quasar образован от слов англ. quasi-stellar («квазизвёздный» или «похожий на звезду») и англ. radiosource («радиоисточник») и дословно означает «похожий на звезду радиоисточник» [5].

По современным представлениям, квазары - это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в которых сверхмассивная чёрная дыра поглощает окружающее вещество, формируя аккреционный диск. Он и является источником мощного излучения. Квазары были обнаружены в начале 60-х годов двадцатого века как объекты, имеющие большое красное смещение и электромагнитные изменения. А угловые размеры квазаров были настолько малы, что в течение нескольких лет после открытия едва удавалось отличить их от звезды. Они - маяки Вселенной, с помощью их астрономы исследуют структуру и эволюцию Вселенной, так как они видны в рентгеновском, радио, оптическом, ультрафиолетовом диапазонах, находясь на огромных расстояниях. Ввиду большой удалённости квазары, в отличие от звёзд, выглядят практически неподвижными (не имеют параллакса), поэтому радиоизлучение квазара используется для высокоточного определения с Земли параметров траектории автоматической межпланетной станции [5].

3.3. Характеристики квазара

1) Видимая звёздная величина (m) - мера яркости небесного тела (точнее, освещённости, создаваемой этим телом) с точки зрения земного наблюдателя. Обычно используют величину, скорректированную до значения, которое она имела бы при отсутствии атмосферы. Уточнение «видимая» указывает на то, что эта звёздная величина наблюдается с Земли; это уточнение нужно, чтобы отличить её от абсолютной звёздной величины (которая является характеристикой самого источника, а не условий его наблюдения) [6].

2) Космологическое красное смещение (Z) - наблюдаемое для объектов глубокого космоса увеличение длины волны электромагнитного излучения и понижение её частот излучения, которое объясняется удалением этих объектов от нас вследствие расширения Вселенной [7].

3) Радиальная (или лучевая) скорость (V) - проекция пространственной скорости астрономического объекта относительно наблюдателя на луч зрения. Лучевая скорость положительна, если объект удаляется от наблюдателя, и отрицательна, если объект приближается. Лучевую скорость определяют путём спектральных наблюдений небесных объектов [8].

4) Спектр квазара - набор линий электромагнитного излучения, сильно смещённых в сторону инфракрасного излучения [9].

Для выбранного мною квазара получились следующие характеристики:

  1. Видимая звёздная величина (m): +18,98

  2. Космологическое красное смещение (z): 0,98244

  3. Радиальная (или лучевая) скорость (V): 178 144 км/c

  4. В спектре нашего квазара видно, как линия магния смещена вправо и достигает значение в районе 500 – 600 нм вместо эталонного значения в диапазоне 200 - 400 нм. Это значит, что наш квазар от нас удаляется (приложение 3. Рис.11. Шаг 12.)

Далее, в космологический калькулятор вносится значение красного смещения квазара, равное 0,98244 и параметр Хаббла (H = 67,4 (км/с)/Мпк), получаются следующие характеристики:

  1. Время с образования Вселенной 13,791 млрд лет от Большого взрыва.

  2. Время после Большого взрыва, когда квазар начал излучать свет, 5,913 млрд лет.

  3. Свет от данной галактики шёл до нас 7,878 млрд лет.

  4. С учётом расширения Вселенной расстояние до этого квазара 10,283 млрд световых лет.

  5. Объём пространства внутри красного смещения 158,481 кубических гигапарсека.

Выводы

В ходе выполнения работы была получена астрофотография "Триплет Льва", сделанная по заявке в рамках проекта «Андромеда» физического факультета ЯрГУ им. П.Г. Демидова.

Также изучены алгоритмы работ с профессиональными астрономическими программами, что позволило составить подробную инструкцию по работе с ними. С помощью программ изучены базы данных астрономических объектов, с которыми работают астрономы всего мира и которые доступны для любого, кто интересуется астрофизикой.

Работа с программами Astrometry.net, Aladin, Sloan Digital Sky Survey или SDSS, Космологическим калькулятором и базами данных Simbad и VizieR позволила определить некоторые характеристики выбранного объекта глубокого космоса - квазара J1120+1340 и нашей Вселенной в целом.

Все задачи выполнены, цель проекта достигнута.

Заключение

Астрофизика - наука, которая лежит в основе понимания сущности всей Вселенной. И ничто другое не расширит кругозор, не даст понимания естественно научной картины мира, как знания об астрономических открытиях, объектах и физических законах природы. Астрофотографию хорошего качества сейчас можно сделать не только с помощью фотоаппарата, но и смартфоном. Воспользовавшись моей инструкцией по работе с программным обеспечением Aladin, астрономическими базами данных, поступающими с телескопов всего мира, каждый, кого интересуют космические объекты, может получить много научной и познавательной информации.

Список использованных источников

  1. Небесный Атлас "Aladin" -URL: https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.455fc081-67b24a98-5a7ca0fe-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Aladin_Sky_Atlas (дата обращения: 03.02.2025)

  2. Астрономическая база "SIMBAD" -URL: https://xn--h1ajim.xn--p1ai/SIMBAD (дата обращения: 03.02.2025)

  3. Многоспектральная визуализация и спектроскопическое исследование красного смещения с помощью "Sloan Digital Sky Survey или SDSS" -URL: https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.078647af-67b24a3c-a0519f64-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Sloan_Digital_Sky_Survey (дата обращения: 03.02.2025)

  4. Объекты глубокого космоса - URL: https://starwalk.space/ru/topics/dso (дата обращения: 03.02.2025)

  5. Квазар -URL: https://bigenc.ru/c/kvazary-7ceb1b (дата обращения: 03.02.2025)

  6. Видимая звёздная величина - URL: https://bigenc.ru/c/zviozdnaia-velichina-a05a44 (дата обращения: 03.02.2025)

  7. Космологическое красное смещение - URL: https://habr.com/ru/articles/446046/ (дата обращения: 03.02.2025)

  8. Радиальная скорость объектов космоса - URL: https://bigenc.ru/c/luchevaia-skorost-940e3b (дата обращения: 03.02.2025)

  9. Спектр квазара. Спектральные линии - URL: https://dzen.ru/a/XaEKEPvm5wCwblcf (дата обращения: 03.02.2025)

Приложение 1. Алгоритм работы с программой Astrometry.net

Астрофотография от проекта «Андромеда» (физический факультет ЯрГУ им. П.Г. Демидова)

Рис. 1. Шаг 2.

Рис. 2. Шаг 3.

Рис. 3. Шаг 4.

Рис. 4. Шаг. 5

Приложение 2. Алгоритм работы с программой Aladin

Рис. 5. Шаг 6.

Рис. 6. Шаг 7.

Рис. 7. Шаг 8.

Приложение 3. Работа по нахождению характеристик объектов глубокого космоса

Рис. 8. Шаг 9.

Рис. 9. Шаг 10.

Рис. 10. Шаг 11.

Рис. 11. Шаг 12.

.Рис. 12. Шаг 13.

Просмотров работы: 17