نرم افزارهاي نجومي

به همه ي نرم افزارهايي که در نجوم کاربرد دارند، نرم افزار نجومي گفته مي شود. نخستين نرم افزارهاي نجومي، برنامه هاي ساده اي بودند که براي محاسبه ي نتايج فرمول هاي نجومي در رايانه هاي اوليه مورد استفاده مي شد. با افزايش توان رايانه ها و فراگير شدن رايانه ي شخصي، کاربردهاي بيشتري براي آن ها پيدا شد.
نخست برنامه هاي نجومي به يکي از زبان هاي ساده ي برنامه نويسي نوشته مي شوند. کارکرد تمام اين برنامه ها دريافت چند پارامتر به عنوان ورودي و انجام چند محاسبه و ارائه ي نتيجه ي يک مسئله ي محاسباتي به عنوان خروجي بود. در اين دوره منجمان آماتور به دليل آشنايي کمتر با رايانه، با زبان هاي ساده مانند بيسيک برنامه نويسي مي کردند. در حالي که منجمان حرفه اي (و ديگر همکاران دانشمند آن ها) بيشتر به استفاده از زبان فورترن که زباني با توان محاسباتي بالا بود، گرايش داشتند. امروزه نمونه هايي از اين نوع استفاده را درکتاب هايي مانند: «ستاره شناسي با کامپيوترهاي شخصي» نوشته ي پيتر دوفت اسميت يا «ستاره شناسي با رايانه هاي خانگي» نوشته ي اوليور مونتن بروک و توماس فلگر مي توان يافت. در دوره ي مورد بحث کارهايي که با رايانه انجام مي شد به گونه اي بود که خود منجمان برنامه هاي مورد نيازشان را توليد و گاه با يکديگر مبادله مي کردند.
با فراگير شدن رايانه به عنوان وسيله اي که تقريباً در هدايت تمامي وسايل ديگر مي توانست نقش بازي کند و همچنين افزايش توانايي تصويري و محاسباتي رايانه در دهه هاي 1980/1360 و 1990/1370 کاربرد بيشتري براي برنامه ها يا نرم افزارهاي نجومي پيدا شد. برنامه ها هر چه بيشتر تصويري شدند و امکان اين فراهم شد که منجمان از طريق توسعه ي رابط گرافيکي کاربر (Graphical User Interface) بدون اين که از پيچيدگي طراحي برنامه ي رايانه اي آگاه باشند، از برنامه ها استفاده کنند. از سوي ديگر اين موضوع باعث شد که برنامه ها هر چه پيچيده تر شوند و امکان طراحي شان به وسيله ي برنامه نويسان آماتور کمتر شود. اين تغييرات باعث افزايش تعداد استفاده کنندگان از اين گونه برنامه ها شد. از اين دوره به بعد گروه برنامه نويسان نجومي از استفاده کنندگان نرم افزار متمايز شدند. برنامه نويسي نجومي هنوز هم يکي از فعاليت هاي متداول ميان منجمان آماتور جدي است. در آن زمان استفاده کنندگان برنامه هاي رايانه اي دو دسته بودند: منجمان و شرکت هاي توليد کننده ي ابزارهاي نجومي (تلسکوپ سازان) که محصولات آن ها در نهايت به دسته ي نخست فروخته مي شد.
در اين نوشتار با نرم افزارهايي آشناه مي شويم که منجمان آماتور از آن ها استفاده مي کنند. اين نرم افزارها با گروه مورد استفاده ي همتايان حرفه اي شان تفاوت هايي دارند که عبارت اند از: تفاوت در دقت محاسبات، نوع کاربردها، استفاده ي بيشتر از تصوير، کاربري آسان تر. به دليل ترکيب خاص جمعيت استفاده کنندگان و نوع استفاده شان، دقت مورد نياز براي نرم افزارهاي اين گروه کمتر است و همچنين برخي از کاربردها مانند محاسبات يا اطلاعات مربوط به بارش هاي شهاب کمتر مورد توجه منجمان حرفه اي قرار مي گيرد. به همين دلايل کاربران مايل اند بيشتر با تصاوير و محيط کاربري بسيار آسان سر و کار داشته باشند.
نرم افزارهاي مورد استفاده ي آماتورها را مي توان در چند دسته ي کلي گنجاند:
* آسمان نما
* هدايت تلسکوپ و ابزار باري جفت شده (CCD)
* محاسباتي
* آموزشي
* پردازش تصوير
* شبيه ساز
* سرويس وب
البته هر نرم افزار مي تواند به بيش از يک گروه تعلق داشته باشد و توانايي هاي مربوط به چندگروه را يک جا ارائه کند.

نرم افزارهاي آسمان نما
 

پر کاربردترين نرم افزارهاي نجومي در ميان آماتورها اين دسته است. هر نرم افزار آسمان نما بايد مانند يک آسمان نماي حقيقي عمل کند. يعني امکان نمايش آسمان را بر حسب شرايط اوليه ي ورودي به وسيله ي کاربر داشته باشد. در اين نرم افزارها ورودي هايي که معمولاً شامل مختصات و زمان محلي رصدگر (کاربر) مي شود وجود دارد که کاربر مي تواند آن ها را بر حسب مکان مورد استفاده، تنظيم کند و تصوير آسمان بالاي سر را در نمايشگر ببيند.
اين گروه از برنامه ها معمولاً قابليت نمايش دادن ماه، سيارات، دنباله دارها، سيارک ها، تعدادي از ستارگان، اجرام غير ستاره اي، صورت هاي فلکي (محدوده، نام ها يا تصاوير افسانه اي) و ... را دارد. معمولاً اجرام چند فهرست (از جمله مسيه، NGC، IC و ...) در آن ها ذخيره شده است و کاربر در صورت تمايل مي تواند آن ها را به نمايش درآورد. همچنين برخي از اين نرم افزارها توانايي نمايش دادن تصوير حقيقي را دارند. اين قابليت به کاربر امکان مي دهد که با تغيير دادن بزرگ نمايي، تصوير گسترده ي اجرام غير ستاره اي را در نمايشگر خود مشاهده کند. شبيه سازي گذر زمان و متحرک سازي، از توانايي هاي ديگر اين نوع برنامه هاست. اين توانايي به کاربر امکان مي دهد که وقايع نجومي را آن گونه که در طول مدت بسيار طولاني رخ مي دهند با تغيير در پارامترهاي گذر زمان و متحرک سازي در نمايشگر خود مشاهده کند.
اين گروه از برنامه ها براي پيش بيني پديده هاي نجومي در طيفي وسيع استفاده مي شوند. اين گونه پيش بيني (به عنوان مثال آغاز ماه گرفتگي يا ...) با اعمال محاسبات بر داده هاي ذخيره شده در نرم افزار صورت مي گيرد. به دليل تفاوت الگوريتم هاي محاسباتي به کار رفته و تفاوت در دقت داده هاي ذخيره شده ي هر يک از اين برنامه ها، دقت نتايج به دست آمده متفاوت است.
نرم افزارهاي Sky map pro، Starry night، The Sky و Red Shift از مرسوم ترين نمونه ها در اين گروه هستند. اين چهار برنامه بيشتر امکانات گفته شده در بالا را دارند. نرم افزار Starry night امکانات تصويري بيشتري از نمونه هاي ديگر دارد.اين نرم افزار، اگر تجهيزات گرافيکي رايانه اي کاربر به اندازه ي لازم قوي باشد، حتي عوارض طبيعي محل سکونت ناظر را به همان شکل که هست نمايش مي دهد (به عنوان مثال، افق تهران با کوه هاي اطراف آن). در اين نرم افزار اطلاعات مربوط به عوارض سطحي براي تعداد زيادي از محل هاي شناخته شده در جهان ذخيره شده است. همچنين امکان افزودن عوارضي که از پيش ذخيره نشده اند نيز وجود دارد. در نسخه هاي جديد، کار به جايي رسيده است که مکان ناظر نه تنها روي کره ي زمين، بلکه روي برخي ازسيارات هم مي تواند قرار بگيرد. اين کار به کاربر کمک مي کند که تصوري از آسمان سيارات ديگر به دست آورد.
نرم افزار The Sky توان برقراري رابطه با هدايت کننده هاي تلسکوپ را دارد (اين توانايي در آن از نرم افزارهاي ديگر بيشتر است) و دقت محاسبه ي آن از Starry Night بهتر است.در The Sky از امکانات تصويري تعبيه شده در Starry Night (به ويژه تصوير حقيقي و عوارض طبيعي) خبري نيست، اما در صورتي که رايانه به اينترنت متصل باشد مي توان داده هاي به روز مربوط به برخي از وقايع نجومي را دريافت کرد. اين مسئله در مورد وقايعي که قطعيت کمتري دارند و محاسبات شان بايد نزديک به زمان خود واقعه تصحيح شود يا حوزه هايي که هر روز کشفيات جديدي در آن ها اتفاق مي افتند و در داده هاي آن تغييرات زيادي صورت مي گيرند (مانند دنباله دارها و سيارک ها) اهميت بسياري دارد. اين توانايي در The Sky بيش از Starry Night است.
توان محاسبه و به روز رساني داده ها در Sky Map Pro بيش از دو همتاي ديگر آن است، به ويژه براي محاسبات و دنبال کردن سيارک ها و دنباله دارها. در عوض از لحاظ تصويري کم توان ترين عضو خانواده است. در اين برنامه هيچ کدام از توانايي هاي تصوير حقيقي و عوارض سطحي موجود نيست. گاه به نظر مي رسد که ميان توان محاسباتي، و آسان و زيبا بودن محيط کاربري نسبت عکس برقرار است!
همه ي اين نرم افزارها اين توانايي را دارند که فهرست هاي بزرگ تر و دقيق تر را به خود بيفزايند. به عنوان مثال فهرست رصدخانه ي نيروي دريايي ايالات متحده ي آمريکا (USNO) قابل افزايش به هر سه نرم افزار است. البته با توجه به پهناي باند خط داده و مسائل ميان دو کشور، در ايران اين کار از طريق اينترنت امکان پذير نيست (حجم اين فهرست حدود 80 گيگابايت است!) اما اگر کاربري مايل باشد، مي تواند اين فهرست را خريداري و آن را به داده هاي خود بيفزايد، يا از فهرست کم حجم تر Tycho II استفاده کند.
در نرم افزار Red Shift توانايي جست وجوي وقايع به صورت دسته اي موجود است. به عنوان مثال مي توان وقايع نجومي را ميان دو زمان معين به طور خودکار فهرست کرد. دقت و توانايي تصويري اين برنامه از بقيه کمتر است.
گروه نرم افزارهاي آسمان نما عمومي ترين گروه برنامه هاي رايانه اي نجومي است. اين برنامه ها قابليت گروه هاي ديگر را نيز در خود دارند. به عنوان مثال بيشتر آن ها توانايي هدايت تلسکوپ هاي جديد را دارند. به اين معني که مي توان تلسکوپ را واداشت که به سمتي که آسمان نما در نمايش گر نشان مي دهد نشانه رود يا حتي از جرم خاصي که روي نمايش گر مشخص شده است با ابزار باري جفت شده تصوير بگيرد. در اکثر اين نرم افزارها مطالب آموزشي به صورت گفتار، نوشتار يا فيلم موجود است. توان شبيه سازي وقايع نجومي آن ها در حدّ حرکات ظاهري آسمان و پديده هايي مانند خورشيد گرفتگي، اختفا و ... است. توان محاسبه نيز در آن ها وجود دارد، به شکلي که پس از انجام محاسبه (حتي براي نمايش در نمايش گر رايانه) مي توان نتايج را جداگانه دريافت کرد. تقريباً مي توان گفت که هر يک از اين برنامه ها به تنهايي قادر است بيشتر نيازهاي منجم آماتور متوسطي را برآورده کند.

برنامه هاي محاسباتي
 

اگر کسي خواهان محاسباتي دقيق تر و قابل هدايت تر از برنامه هاي آسمان باشد بايد يکي از نرم افزارهاي اين گروه را انتخاب کند. اين گونه برنامه ها معمولاً براي گروه ويژه اي از محاسبات طراحي مي شوند و به همين دليل، امکان تمرکز بر دقت هر چه بيشتر محاسبات انجام شده براي طراحان وجود دارد. منجمان با تجربه پس از اين که با استفاده از آسمان نماها (نرم افزارهاي عمومي) داده هاي مربوط به پديده اي را استخراج کردند، معمولاً براي اطمينان بيشتر، داده ها را با يکي از برنامه هاي محاسباتي مي آزمايند.
در برنامه ها هيچ اجباري براي قرار دادن امکانات تصويري پيشرفته و محيط کاربري ساده وجود ندارد. از جمله ي اين برنامه ها مي توان Moon Calc براي محاسبات مربوط به ماه، Occult براي اختفا، Mag Plot و Phase Plot براي محاسبات مربوط به منحني تغييرات نوري دوتايي ها، Winwwz براي محاسبه ي نمودار تغييرات نوري ستاره هاي متغير، MAnalyzer براي تحليل داده هاي راديويي بارش هاي شهاب و Modas براي طراحي و رفع خطاي سيستم نوري تلسکوپ ها را نام برد. به دليل تفاوت اهداف اين برنامه ها، مقايسه ي آن ها با هم تقريباً ناممکن است. اما شباهت هايي کلي بين اين برنامه ها وجود دارد: بيشتر اين برنامه ها، حجم کم و کارآيي بالايي دارند؛ روي سيستم عامل هاي قديمي و رايانه هاي کم توان هم کار مي کنند.

برنامه هاي آموزشي و دانش نامه ها
 

اين گونه برنامه ها همان طور که از نام شان پيداست براي اهداف آموزشي طراحي شده اند و معمولاً از امکانات چند رسانه اي براي کمک به يادگيري نجوم استفاده مي کنند. دانش نامه ها نيز به دليل نوع استفاده و سطح فني، در اين گروه قرار گرفته اند. اين گونه برنامه ها با برنامه هاي آموزشي ديگر علوم تفاوت چنداني ندارند. در آن ها عموم مواد آموزشي (در مورد دانش نامه هاي اطلاعاتي) به صورت نوشتار، فيلم، عکس و گفتار موجودند. برخي هم اين امکان را دارند که به طور مستقيم آخرين اطلاعات را از پايگاه اينترنتي منبع خبر دريافت کنند (البته به شرطي که کامپيوتر کاربر متصل باشد). هر چند نمونه هايي که شامل ارائه ي درس و آزمون (با پاسخ هاي از پيش ذخيره شده) باشد در آموزش دروس ديگر ديده شده، اما در نجوم نمونه ي مرسومي از اين مورد در دسترس کاربران ايراني نيست.

شبيه سازها
 

معمولاً به برنامه اي شبيه ساز گفته مي شود که پديده اي واقعي را، که آزمايش آن دشوار، ناممکن يا پرهزينه است، به کمک رايانه تقليد مي کند و نتايجي شبيه به محيط اصلي از آن مي گيرد. يعني کاربر با استفاده از برنامه اي رايانه اي مي تواند کارهايي را انجام بدهد که در دنياي واقعي تجربه کردن شان - به دلايل گفته شده - ناممکن است. اين گونه برنامه ها در دانش هوا فضا استفاده ي بسيار دارد و براي مواردي چون آموزش فضانوردان، آشناسازي علاقه مندان با محيط پايگاه هاي فضايي و ... مورد استفاده قرار مي گيرد. نمونه اي از آن ها، نرم افزارSky Base است که محيط دروني ايستگاه فضايي بين المللي را شبيه سازي مي کند. اما براي کاربردهاي نجومي مورد استفاده ي منجمان آماتور مي توان برنامه هايي مانند Netsim که شبيه ساز بارش هاي شهاب است، برنامه ي EBS که شبيه ساز حرکت دوتايي هاست، برنامه هاي کوچکي که اثر گرانش سطح کوتوله ي سفيد يا ستاره ي نوتروني بر نور ستاره ها را شبيه سازي مي کنند، برنامه اي gvlens که شبيه ساز آموزشي عدسي هاي گرانشي است، و نمونه هايي مانند گروه نرم افزارهاي پروژه ي CLEA را نام برد.

برنامه هاي هدايت تلسکوپ و ابزار باري جفت شده
 

اين گونه برنامه ها براي هدايت خودکار طراحي شده اند و توانايي اصلي آن ها اين است که از طريق درگاه هاي خروجي رايانه هاي شخصي، هدايت تلسکوپ يا ابزار باري جفت شده را به دست بگيرند. اين نرم افزارها اگر براي استفاده ي عمومي طراحي شوند، بايد توانايي برقراري ارتباط با همه ي (يا چند نوع از) تلسکوپ ها را داشته باشند در غير اين صورت مانند برخي از نرم افزارهاي ويژه فقط براي نوع خاصي از تلسکوپ ها قابل استفاده اند (مانند نرم افزار کنترل تلسکوپ MEAD). امروزه بيشتر نرم افزارهاي آسمان نما و نقشه ي آسمان نيز قابليت برقراري رابطه با تلسکوپ را يافته اند.
از نرم افزارهايي که مختص هدايت تلسکوپ ها طراحي شده اند، مي توان Trefach (براي هدايت شبکه اي تلسکوپ ها)، ds9 و xpa را نام برد. همچنين برنامه هايي مانند: Astro Planner 2000، Stella، Star Atlas Pro و ... هم با وجود اين که فقط براي هدايت ساخته نشده اند، اما چنين توانايي دارند.
مهم ترين نکاتي که در استفاده از اين گونه نرم افزارها بايد توجه کرد، عبارت اند از: سازگاري نرم افزار با تلسکوپ کاربر، دقت هدايت نرم افزار، بانک اطلاعاتي دروني و قابليت به روز شدن آن. نکات اول، سوم و چهارم به سادگي در مستندات هر نرم افزاري پيدا مي شوند. براي اطلاع يافتن از دقت هدايت تلسکوپ ها، نرم افزارهايي براي آزمايش ميزان خطا و گاه برطرف کردن آن وجود دارند، مانند: TPoint که مي تواند تحليلي را از وضعيت نشانه گيري تلسکوپ به کاربر ارائه بدهد.

برنامه هاي پردازش تصوير
 

اين گونه برنامه ها براي کار با تصاوير نجومي و اعمال تغييرات روي آن ها طراحي شده اند. منجمان آماتوري که به عکاسي از آسمان (به ويژه ژرفاي آن) علاقه مندند، اغلب از اين نرم افزارها استفاده مي کند. براي آشنايي بيشتر با توانايي يک نرم افزار پردازش تصوير، مي توان از نرم افزار مشهور PhotoShop به عنوان نرم افزار پردازش تصوير با کاربردهاي عمومي نام برد.
هر برنامه ي پردازش تصوير بايد توانايي اعمال تغييرات مختلف روي تصوير را داشته باشد، از جمله: دست کاري در شدت رنگ هاي اصلي، ترکيب تصوير در باندهاي مختلف و ايجاد يک تصوير، اصلاح بخش هاي مزاحم و نوفه (Noise) و اعمال فيلترهاي مختلف روي تصوير. برخي از اين نوع برنامه ها عبارت اند از:
Maxim DL، Mira، Tira و PinPoint3

سرويس هاي وب
 

همه ي برنامه هاي کاربردي بالا را مي توان به صورت سرويس وب همه ارائه کرد، به صورتي که کاربر بتواند همين کارها را به صورت آن لاين و در زمان اتصال به اينترنت انجام بدهد. از جمله تفاوت هاي اين نوع نرم افزارها اين است که روي رايانه ي کاربر نصب نمي شوند بلکه هر بار از روي رايانه ي سرور اجرا مي شوند، به همين دليل استفاده از آن ها فقط در مواردي توصيه مي شود که اينترنت با پهناي باند مناسب در اختيار کاربر باشد. از جمله اين نوع برنامه ها مي توان WorldWide Telescope را نام برد، که آسمان نمايي چند کاره و تحت وب است. در ضمن سرويس هاي وبي اين امکان را به کاربر مي دهند که از طريق برنامه هاي ديگر با آن ها رابطه برقرار کنند و به تبادل اطلاعات بپردازند.

دسته هاي ديگر
 

از دسته هاي ديگري که اخيراً به دنياي نرم افزارهاي نجومي افزوده شده اند، مي توان برنامه هاي نجومي مخصوص گوشي هاي تلفن همراه، رايانه هاي جيبي و فناوري رصدخانه هاي مجازي را نام برد.
برخي از وبگاه هاي اينترنتي، فهرست هايي از نرم افزارهاي نجومي را بر حسب نوع کاربرد و ...تقسيم بندي کرده و در اختيار کاربران مي گذارند. يکي از اين فهرست ها را مي توانيد در نشاني زير پيدا کنيد:
http://tdc-www.harvard.edu/astro.software.html
منبع: نشريه نجوم، شماره 192.