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Celestia

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Celestia
Celestia圖示
Celestia Europe Io Jupiter.jpg
Celestia中所見的木星木衛一木衛二
開發者 克里斯·勞瑞爾
初始版本 2001年
穩定版本 1.6.1 / 2011年6月7日
操作系统 跨平台
文件大小 33.6 MB Windows
38.5 MB Mac OS X
14.5 MB Linux
49.4 MB 原始碼
(全部已压缩)
类型 教育軟體
许可协议 GNU通用公共許可證
網站 http://www.shatters.net/celestia/

Celestia是克里斯·勞瑞爾以OpenGL開發的3D天文軟體。使用者可自由遨遊於依據依巴谷星表模擬出的宇宙,且沒有速度、方向、時間的限制,並可由任何角度觀賞小至人造衛星、大至星系的各種天體。

NASAESA已將Celestia使用於教育[1]和推廣計畫[2],和作為軌道分析軟體的介面。[3]

Celestia是在GNU通用公共許可證下發佈的自由軟體,目前已有Microsoft WindowsMac OS XLinux的版本。

功能[编辑]

依據依巴谷星表,Celestia內建將近12萬顆恆星。可調整最大可見的視星等來改變螢幕上恆星的數量,也可改變恆星呈現出的外觀。Celestia利用非常精確的VSOP87理論計算軌道,包括雙星行星系外行星矮行星衛星小行星彗星人造衛星太空船,也提供了各行星、衛星的日食月食預測。

可以用簡單的鍵盤、滑鼠指令以任何速度、在數秒內到達Celestia宇宙的任何地方,包括了球狀星團星雲不規則橢圓螺旋星系(內建超過1萬個星系),也可將旅途的視野設定成向前、向後或任何方向。可環繞天體,與天體同步運轉,或追蹤天體並將之鎖定於畫面中央。

可將時間設定在過去到未來的任何時刻,可用協調世界時或當地時間。可調整時間流逝的速度,從正常的1×1015倍到1×10-15倍,也可暫停或倒流。不過快轉到公元或公元前20億年元旦就會停止。儘管如此,行星軌道只在數千年範圍內才算精確。另外也有光時校準(Light-time correction)。

可顯示各天體的名稱,和天體表面特徵的名稱,包括撞擊坑火山、峽谷、海洋、城市等等。

Celestia還展現了其他細節,如大氣層、晨昏時的橘色光線、天體表面特徵、地形陰影、移動的雲、雲影、水面反光、夜半球的城市光點、行星環、環的影子、彗尾、恆星光芒、星座連線和界線。行星除了可單純將夜半球增亮,還有真實的行星照,尤其巨行星的衛星較明顯。類似的是,雙星系統中的行星有來自兩恆星的光源。

也可顯示目標天體的資訊,包括距離、半徑、角直徑恆星週期、表面溫度等,而恆星部份則包括距離、絕對星等和視星等、相對於太陽光度光譜分類、角直徑、表面溫度、相對於太陽的半徑、恆星週期、有無行星系統等。

可按Shift+左鍵上下滑動來改變視角,從最小的3.60″到最大的120°。畫面可以分割成好幾塊,以同時觀看不同物體。

Celestia內建不包括變星超新星黑洞星雲等天體,但有些可在網路上下載。還可擴充其他內容,包括更高解析度的星球表面地圖、大量的小行星或恆星資料、新增各種太空船甚至行星系統,無論真實或虛構。另外還有教育課程等,都可在網路上找到。這些擴充的機制是以Lua為內建語言。

應用舉例[编辑]

日食月食[编辑]

  1. 導航(Navigation)> 尋找食(Eclipse Finder),設定日/月食、地點(某行星)與時間範圍,然後選擇所列結果的其中一個,點最下面按鈕(Set Date and Go to Planet)前往該時間地點。或直接將時間設定至已知日月食時間。
  2. 如果搜尋的是地球上的日食,則會看見畫面為地球表面出現月球的影子;如果搜尋的是地球的月食,則會看到月球被地球影子遮住。
  3. 按鍵盤 l(加速)、k(減速)、j(倒轉)調整時間以觀察影子動向。

此時如果要看地球上某地的日食影像,則:

  1. 選擇月球或太陽:導航 > 選擇物體(Select Object),或以滑鼠左鍵點選該物體。
  2. 鎖定:導航 > 追蹤所選物體(Track Selection),或按 t。此時此物固定於畫面中央。
  3. 選擇地球,按 Enter 鍵入地點名稱再按 Enter,即選擇該地點。
  4. 前往該地:導航 > 前往所選物體(Go to Selection),或按 g。可設定距離為0,或以滑鼠滾輪拉近。
  5. 此時即看到天空中央有太陽或月球,按 Shift + 左鍵向上移,即可放大,並調整目標至適當大小。
  6. 按鍵盤 l(加速)、k(減速)、j(倒轉)調整時間,觀察日食過程。

只是此軟體無法模擬日食發生時的天空顏色亮度變化。

局限[编辑]

NGC 6050的實際外觀。前一張圖約左轉60°,除了外觀有差,也未畫出其中偏藍色的星系。

教育版运行,所有的汉字都是框框。 預設的行星是橢球體,並沒有地表起伏,因此假如從地球表面看星空,低地軌道衛星的位置會和實際的有落差。

星體的影子,也就是食,無法投射在以3D模型呈現的小行星、衛星、太空船等物體上,且3D模型本身也沒有影子。不過行星照可投射到3D模型的衛星、太空船等之上。

光線不受到大氣折射,無法產生如月全食時的暗紅色月球。

因為資料不足,未有影像的太陽系小天體的外形是預設的,而恆星、系外行星、星系只依分類畫出大致外觀。不過個別天體的細節可在網路上找到相關附加元件。

無法模擬多星系統的運行,只有模擬雙星互繞。但非所有雙星皆有,因未有足夠軌道資料。恆星位置固定,無自行運動,也沒有繞銀河系公轉,且星系的位置也是固定,無自轉。

內建沒有收入距離超過數千光年的恆星,因為視差太小,依波谷衛星無法準確測量距離。此外,太陽系內只畫出範圍1光年內的物體。

Celestia是設計為符合肉眼所見,所以沒有濾光器、內建無假色影像、多重色彩的星雲、長時間曝光的星系、鏡頭炫光等。

附加元件[编辑]

火星水手號谷,使用高解析度虛擬紋理的地圖和法線貼圖。

Celestia的地圖影像、星體資料等可在資料夾中找到,亦可任意修改、增加,稱為附加元件add-ons),已有互相分享自製附加元件的網路社群,主要為The Celestia Motherlode。以下簡述各種方式和附加元件。

Textures資料夾收納星體表面圖檔,分為hiresmedreslores,代表高、中、低解析度。內建只有中、低解析度,新增的則放進高解析度資料夾,當安裝更新版本時才不會被覆蓋。檔名中有bumpnormal表示凹凸貼圖法線貼圖,皆用來畫出地形陰影。凹凸貼圖是以代表地形高度的灰階圖檔、根據光線角度畫出陰影,法線貼圖則是直接載入各方向光線陰影的圖檔。在高解析度時適用法線貼圖,因為凹凸貼圖的灰階只有256階,解析度太高時會出現階梯狀。虛擬紋理(Virtual Textures)是適用於高解析度的技術,將地圖分為不同解析度的階級,個別再分割成數個區塊,執行Celestia時越接近的區塊才顯出較高解析度,而不用一次載入最高解析度的全部圖檔,避免浪費記憶體空間。檔名有clouds為雲的圖檔,可包含透明度。檔名有spec表示反光,通常用在水面反光,不同灰階值表示反光程度。

Data資料夾有.ssc檔,包含太陽系行星衛星參數、恆星資料等等,如行星半徑、自轉週期、大氣、顯示圖檔的檔名等等,可自由修改、新增。

Models資料夾有.3ds、.cmod、.cms等3D模型檔,包含小行星、太空船等的模型。

Extras資料夾則可直接存放下載的附加元件。

網路上有很多可用的附加元件,如64K(寬65,536像素)地球地表等高解析度地圖圖檔、各種地圖如地質圖和古地圖、各種歷史上或運作中的太空船如史潑尼克一號航海家2號哈伯太空望遠鏡、數千顆小行星、彗星和兩百萬顆恆星的資料點、深空天體如星雲、星團、星系、中子星脈衝星、有旋轉吸積盤的黑洞行星狀星雲等等。也有虛構的物體,如科幻2001太空漫遊星艦奇航記星際大戰中各種行星系和太空船。

50億年後的地球與太陽

有各種導覽用的腳本(scripts)如太空任務卡西尼-惠更斯號深撞號的介紹、小行星撞擊的過程和各種有用資訊。

還有可供教育用途的各種附加元件,如太陽系導覽、恆星演化月球形成火星地球化、各種太空任務、地外智慧文明搜尋計畫等等,也可讓自己好像置身駕駛艙在太空飛行。

類似軟體[编辑]

其他一些類似的天文軟體包括自由軟體KStarsStellariumMitaka專有軟體OrbiterWorldWide TelescopeXEphem(全為免費軟體)和MPL3DStarry Night(非免費)。

參考資料[编辑]

  1. ^ Celestia Exploration Activity. NASA Learning Technologies. National Aeronautics and Space Administration. 2005 [2007-10-26]. 
  2. ^ Mars Express orbit lowered. Closing in on the Red Planet. European Space Agency. 2003 [2007-10-26]. "Upcoming Mars Express flight orbits until 7 January, getting closer to the Red Planet. Generated with Celestia software." 
  3. ^ Schouten, G. (STA).pdf Space Trajectory Analysis (STA) (PDF). Delft University of Technology. 

外部連結[编辑]

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