Лабораторная работа №3

Исследование астрономических моделей

Моделирование. Астрономия. После каждого упражнения сделайте скриншот

Программа Celestia поможет вам покорить просторы космоса. «Летая» в космическом пространстве между звездами и планетами, вы можете при­близиться к любому небесному телу, рассмотреть его в понравившемся ракурсе, а за­тем, например, покинуть пределы нашей Галактики в поисках далеких звездных сис­тем.

Программа содержит огромную базу объектов Солнечной системы, звезд нашей Галактики и отдельных звезд близлежащих галактик. Положение и движение светил в программе полностью соответствует действительно­сти.

Если бы вы совершили реальное космическое путешествие в данный момент вре­мени, расположение небесных тел на вашем пути было бы таким же, как на экране. Дело в том, что Celestia математически вычисляет небесные координаты каждого тела в определенный момент времени.

1.       Пожалуй, наилучшим из всех вариантов первого знакомства с программой будет просмотр демонстрационного ролика. Чтобы запустить его, выполните команду Help → Run Demo (Помощь →Запустить демонстрационный ролик).

2.       Правилами навигации, функции мыши:

·          В Celestia ее указатель имеет вид прицела. Попро­буйте перемещать мышь при нажатой кнопке. В результате вид пространства бу­дет изменяться так же, как изменяется поле зрения при повороте головы. Теперь проделайте то же самое, дополнительно удерживая нажатой клавишу Shift. Данная возможность подобна выбору увеличения телескопа  и позволяет изменять ширину поля на­блюдения (FOV — Field Of View). Значение параметра FOV отображается в нижнем правом углу в градусах и долях увеличения. Чем оно больше, тем большее количе­ство объектов одновременно отобразится в окне программы. Однако не стоит пы­таться максимально расширить поле наблюдения. Размер экрана монитора ограни­чен, поэтому при больших увеличениях форма небесных тел может исказиться.

·          Перемещение мыши при нажатой правой кнопке дает возможность рассмотреть объект с любой стороны. Вы как бы «облетаете» небесное тело вокруг, сохраняя расстояние до него, указанное в левом верхнем углу.

·          С помощью колеса прокрутки можно изменить расстояние между точкой наблю­дения и объектом, приближая тело или удаляясь от него.

Упражнение 1.  Наведите указатель мыши на любой видимый в окне объект (скорее всего, это будет звезда) и дважды щелкните на нем. Объект сразу же переместится в центр окна, а информация о нем отобразится в левом верхнем углу. Все хорошо, но светило так далеко от нас! Чтобы приблизиться к нему, нажмите клавишу G или выполните ко­манду Navigation ► Go to Selection (Навигация ► Следовать к выбранному объекту). Однако не стоит сразу улетать к чужим звездам, не познакомившись с соседями по Солнечной системе — планетами. Как вы помните, вокруг Солнца вращается девять планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. В Celestia каждой планете присвоен номер, соответствующий ее положению в Сол­нечной системе: Меркурий — 1, Венера — 2, Земля — 3 и так в порядке удаления планет от Солнца. Чтобы посетить любую из них, достаточно просто нажать на кла­виатуре клавишу с нужной цифрой, а затем клавишу G. Хотите полюбоваться вели­чественными кольцами Сатурна? Тогда вперед, нажимайте б, а затем G.

Упражнение 2

Кроме планет, в Солнечной системе движется множество других объектов: спутники планет, астероиды, кометы, межпланетная станция «Кассини» (Cassini) и искусствен­ные спутники Земли. Большинство из них можно наблюдать в программе Celestia. Чтобы вызвать список доступных объектов Солнечной системы, выполните команду Navigation ► Solar System Browser (Навигация ► Браузер Солнечной системы).

Посмотрим, например, как выглядит спутник Юпитера Амальтея или какой вид открывается с него на саму планету. В окне Solar System Browser (Браузер Солнеч­ной системы) щелкните на плюсике рядом с пунктом Jupiter (Юпитер), выберите подпункт Amalthea (Амальтея), нажмите кнопку Go To (Следовать к) и затем ОК. Выбрав удачный ракурс, полюбуйтесь самой большой планетой Солнечной систе­мы и ее необычным спутником.

Упражнение 3

Небесные тела необычайно красивы, однако вид творений человека, запущенных в межпланетное плавание или на околоземные орбиты, также захватывает дух. Раскройте список Earth (Земля) рассматриваемого окна Solar System Browser (Брау­зер Солнечной системы), выберите подпункт ISS (Interplanetary Space Station — межпланетная космическая станция), нажмите кнопку Go To (Следовать к) и затем ОК. После этого перед вами появится международная космическая станция, дви­жущаяся по орбите вокруг Земли. Аналогично посмотрите: Moon (луна), Hubble («Хаббл»).

Упражнение 4

Вспомним, что станция «Мир» упала в Тихий океан 23 марта 2001 года, а межпланет­ная станция «Галилео» завершила свое существование в глубинах атмосферы Юпи­тера 21 сентября 2003 года. Разве можем мы наблюдать их сегодня? Конечно, нет. Однако в Celestia существует возмож­ность устанавливать время произвольно. Таким образом, если вам интересно, как, на­пример, выглядел долгожитель «Галилео» (за 14 лет полета между телами Солнечной системы он преодолел путь в 4 631 778 000 км), выполните следующие действия.

1.       В окне Solar System Browser (Браузер Солнечной системы) выберите пункт Galileo
(Галилео), нажмите Go To (Следовать к) и ОК.

2.  Выполните команду Time > Set Time (Время > Установка времени).

3.       В открывшемся окне установите любую дату, предшествующую 21 сентября 2003 года (месяц вводится набором соответствующего ему чис­ла), и нажмите кнопку ОК.

4.       Чтобы вернуться из прошлого в настоящее, нажмите в окне Set Simulation Time (Моделирование времени) кнопку Set To Current Time (Установить те­кущее время).

  Упражнение 5

 Аналогично списку объектов Солнечной системы, в Celestia имеется очень боль­шая база звезд. Ее можно вызвать командой Navigation → Star Browser (Навигация →Браузер звезд).Окно Star Browser (Браузер звезд) содержит список звезд с основными характеристиками.

По умолчанию в данном окне отображены не все имеющиеся в базе звезды, а лишь сто ближайших к выбранному объекту. Это можно изменить настройкой парамет­ров в области Star Search Criteria (Критерии поиска звезд). С помощью ползунка Maximum Stars Displayed in List (Максимум звезд, приведенных в списке) можно за­дать количество отображаемых звезд (от 10 до 500). Положение переключателя определяет тип отображаемых звезд: Nearest (Ближай­шие), Brightest (Самые яркие) или With planets (С планетами). Чтобы приблизиться к звезде, щелкните на ее названии в списке, нажмите Go To (Следовать к) и 0К

В программе существует три варианта отображения далеких звезд:

     размытые точки (Fuzzy Points);

     точки (Points);

     диски, размер которых зависит от удаленности звезд от точки наблюдения

(Scaled Disk).

Чтобы выбрать необходимый вариант, выполните команду Render→ Star Style (Ви­зуализировать →Стиль звезд).

В Celestia есть возможность регулирования видимости звезд. С каждым нажатием клавиши ] на небе будет «загораться» все больше и больше звезд, а вот от нажатий клавиши [ космическое пространство начнет тускнеть и видимых звезд будет ста­новиться все меньше.

Если вы интересуетесь астрологией, включите режим отображения созвездий и их названий. Для этого выполните команду Render→ View Options (Визуализировать →Параметры отображения). В открывшемся окне установите флажки Constellations (Созвездия) в областях Show (Показать) и Orbits/Labels (Орбиты/Подписи). Затем нажмите кнопку ОК. В результате на экране отобразятся созвездия

Упражнение 6

Для некоторых планет и Луны в Celestia отображаются даже названия элементов рельефа поверхностей - морей, кратеров, гор, долин и каньонов. На Зем­ле вы сможете прочитать названия океанов, континентов и столиц. Чтобы увидеть подписи, выполните команду Render → Locations (Визуализировать → Участки), уста­новите флажок Label Features (Отображение подписей) и нажмите ОК.

Упражнение 7

В поисках «Галилео» вы совершили путешествие в прошлое. Теперь заглянем в космическое будущее и полюбуемся солнечным затмением. В Celestia имеется специальная функция, позволяющая вычислить точную дату, время и продолжительность солнечных затмений на любой планете солнечной системы, имеющей хотя бы один спутник, а так же  лунных затмений. Чтобы открыть окно поиска затмений, выполните команду Navigation→Eclipse Finder (Навигация → Искатель затмений).

Определим,  например, сколько солнечных затмений произойдет на Земле в период с 1 марта 2006 года по 1 марта 2008 года. Поскольку нас интересует затмение Солнца на Землей раскрывающегося списка Find (Найти) выберем пункт solar (солнечное), а из раскрывающегося списка eclipse on (затмение на) – пункт Earth (Земля). В полях From (от) и to (до) кажем границы временного интервала, после чего нажмем кнопку  Compute (Посчитать). В расположенном выше поле  отобразиться список всех солнечных затмений, которые произойдут на Земле в указанный период.

Чтобы пронаблюдать затмение, щелчком выделите его в списке и нажмите кнопку Set  Date and Go to Planet (Установите дату и следуйте к планете). Найдите ракурс, при котом будут видны все участники затмения. Если вы хотите увидеть затмение так, как оно выглядит с земли, выполните команду Navigation →Solar System Browser ( Навигация →Браузер солнечной системы). В знакомом окне поиска объектов Солнечной системы щелкните на плюсике рядом с пунктом Earth (Земля), выберите подпункт Moon (Луна), затем нажмите Go To (Следовать к) и ОК. Вращая колесико мыши, перемещая мышь с нажатой левой или правой кнопкой, а также изменяя ширину поля наблюдения, можно выбрать точку, в которой затмение бу­дет выглядеть, как мы его видим с Земли.

Упражнение 8

В Celestia существует возможность разбиения окна на несколько частей. При этом в каждой части точка наблюдения может перемещаться самостоятельно. Включив режим разделения, вы можете одновременно изучать с близкого расстояния не­сколько космических объектов, отстоящих друг от друга в пространстве на сотни миллионов километров.

Чтобы разделить окно по горизонтали, выполните команду View → Split Horizontally (Вид →Разделить горизонтально) или нажмите сочетание клавиш Ctrl+R. Для верти­кального разбиения воспользуйтесь командой View→ Split Vertically (Вид → Разделить вертикально) или нажмите сочетание клавиш Ctrl+U. Для возвращения в нормаль­ный режим отмените разбиение нажатием клавиши Delete (можно также воспользо­ваться командой View → Delete Active View (Вид →Удалить активный вид)).

Программа может функционировать как в оконном, так и в полноэкранном режи­мах. Чтобы перейти в полноэкранный режим, выполните команду Render →Toggle FullScreen (Визуализировать → Включить полноэкранный режим).

Упражнение 9

Во время путешествий в космосе и приближений к небесным телам у вас наверня­ка возникло ощущение, что они не движутся. На самом деле это ощущение оши­бочно и вызвано тем, что точка, из которой вы наблюдаете за объектом, движется вместе с ним по орбите на расстоянии, указанном в верхнем левом углу окна про­граммы.

Движение точки наблюдения можно остановить, нажав клавишу Esc. В этом слу­чае небесное тело начнет медленно «ускользать» от вашего взгляда. Чтобы объект оставался в поле зрения при фиксированной точке наблюдения, на­жмите клавишу Т.

Вне зависимости от того, статична точка наблюдения или находится в движении, вы можете:

— ускорять L,

— замедлять К ,

—останавливать время Пробел.

Самостоятельная работа

Составьте модель космоса, используя программу Celestia- симулятор Вселенной.

Разбейте окно на три части:

a — спутник Сатурна Мимас, имеющий огромный кратер диаметром более 100 км;

b — межпланетная станция «Кассини»;

с— астероид Ида и его спутник Дактиль