بیننده صورت‌های فلکی

برنامه مشاهده صورت‌های فلکی

مقدمه

برنامه مشاهده صورت‌های فلکی ابزاری قدرتمند برای علاقه‌مندان به نجوم و ستاره‌شناسان است. این برنامه به کاربران اجازه می‌دهد تا آسمان شب را تجسم کنند و صورت‌های فلکی قابل مشاهده را بر اساس موقعیت، تاریخ و زمان خود شناسایی کنند. این برنامه تعاملی یک نقشه آسمان شب SVG ساده را ارائه می‌دهد که نام‌های صورت‌های فلکی، موقعیت‌های اساسی ستاره‌ها و خط افق را در یک رابط تک صفحه‌ای نمایش می‌دهد.

نحوه استفاده از این برنامه

1. تاریخ و زمان را وارد کنید (در صورت عدم مشخص شدن، به تاریخ و زمان فعلی پیش‌فرض می‌شود).
2. انتخاب کنید که آیا از موقعیت فعلی خود استفاده کنید یا مختصات عرض و طول جغرافیایی را به صورت دستی وارد کنید.
3. این برنامه به‌طور خودکار یک نقشه آسمان شب SVG را تولید می‌کند که صورت‌های فلکی قابل مشاهده را نشان می‌دهد.
4. نقشه را کاوش کنید تا صورت‌های فلکی، موقعیت‌های ستاره‌ها و خط افق را شناسایی کنید.

مختصات سماوی و محاسبات زمان

این برنامه از ترکیبی از مختصات سماوی و محاسبات زمان برای تعیین اینکه کدام صورت‌های فلکی در آسمان شب قابل مشاهده هستند، استفاده می‌کند:

1. صعود راست (RA) و انحراف (Dec): اینها معادل‌های سماوی طول و عرض جغرافیایی هستند. RA به ساعت (0 تا 24) اندازه‌گیری می‌شود و Dec به درجه (-90° تا +90°).

2. زمان ستاره‌ای محلی (LST): این با استفاده از طول جغرافیایی ناظر و تاریخ و زمان فعلی محاسبه می‌شود. LST تعیین می‌کند که کدام قسمت از کره سماوی در حال حاضر در بالای سر است.

3. زاویه ساعت (HA): این فاصله زاویه‌ای بین نصف‌النهار و یک جسم سماوی است که به صورت زیر محاسبه می‌شود:

   $HA = LST - RA$

4. ارتفاع (Alt) و ازیموت (Az): اینها با استفاده از فرمول‌های زیر محاسبه می‌شوند:

   $\sin(Alt) = \sin(Dec) \cdot \sin(Lat) + \cos(Dec) \cdot \cos(Lat) \cdot \cos(HA)$

   $\tan(Az) = \frac{\sin(HA)}{\cos(HA) \cdot \sin(Lat) - \tan(Dec) \cdot \cos(Lat)}$

که در آن Lat عرض جغرافیایی ناظر است.

فرآیند محاسبه

این برنامه مراحل زیر را برای تعیین صورت‌های فلکی قابل مشاهده و رندر نقشه آسمان انجام می‌دهد:

1. ورودی کاربر (تاریخ، زمان، مکان) را به تاریخ ژولی و زمان ستاره‌ای محلی تبدیل کنید.
2. برای هر ستاره در پایگاه داده صورت‌های فلکی: الف. زاویه ساعت آن را محاسبه کنید. ب. ارتفاع و ازیموت آن را محاسبه کنید. ج. تعیین کنید که آیا در بالای افق است (ارتفاع > 0).
3. برای هر صورت فلکی: الف. بررسی کنید که آیا تعداد کافی از ستاره‌های آن قابل مشاهده هستند. ب. اگر قابل مشاهده بود، آن را در لیست صورت‌های فلکی برای نمایش قرار دهید.
4. یک نقشه SVG تولید کنید: الف. یک گنبد آسمانی دایره‌ای ایجاد کنید. ب. ستاره‌های قابل مشاهده را بر اساس ازیموت و ارتفاع آنها ترسیم کنید. ج. خطوط و برچسب‌های صورت‌های فلکی را بکشید. د. یک خط افق اضافه کنید.

واحدها و دقت

• تاریخ و زمان: از منطقه زمانی محلی کاربر استفاده می‌کند، با گزینه‌ای برای مشخص کردن اختلاف UTC.
• مختصات: عرض و طول جغرافیایی به درجه‌های اعشاری، دقیق به 4 رقم اعشار.
• موقعیت‌های ستاره: صعود راست به ساعت (0 تا 24)، انحراف به درجه (-90 تا +90).
• رندر SVG: مختصات مقیاس‌بندی و تبدیل می‌شوند تا در viewbox، معمولاً 1000x1000 پیکسل، جا شوند.

موارد استفاده

برنامه مشاهده صورت‌های فلکی کاربردهای مختلفی دارد:

1. نجوم آماتوری: به مبتدیان کمک می‌کند تا صورت‌های فلکی را شناسایی کرده و درباره آسمان شب بیاموزند.
2. آموزش: به عنوان ابزاری آموزشی در کلاس‌های نجوم و آموزش علوم عمل می‌کند.
3. برنامه‌ریزی عکاسی نجومی: در برنامه‌ریزی جلسات عکاسی از آسمان شب کمک می‌کند.
4. رویدادهای ستاره‌شناسی: با ارائه یک راهنمای بصری، شب‌های عمومی ستاره‌شناسی را بهبود می‌بخشد.
5. ناوبری: می‌تواند به عنوان یک ابزار ناوبری سماوی ابتدایی استفاده شود.

گزینه‌های دیگر

در حالی که برنامه مشاهده صورت‌های فلکی ما یک روش ساده و قابل دسترس برای مشاهده آسمان شب ارائه می‌دهد، ابزارهای دیگری نیز در دسترس هستند:

1. استلاریوم: نرم‌افزار سیاره‌نما منبع باز و جامع‌تری.
2. نقشه آسمان: یک برنامه موبایل که از واقعیت افزوده برای مشاهده آسمان در زمان واقعی استفاده می‌کند.
3. چشم‌های ناسا به آسمان: یک تجسم 3 بعدی از منظومه شمسی و فراتر از آن را ارائه می‌دهد.
4. سلستیا: شبیه‌سازی 3 بعدی از جهان با پایگاه داده وسیع اشیاء سماوی ارائه می‌دهد.

تاریخچه

تاریخچه نقشه‌برداری صورت‌های فلکی و نمودارهای ستاره‌ای به هزاران سال پیش برمی‌گردد:

• تمدن‌های باستانی: بابلی‌ها، مصری‌ها و یونانی‌ها کاتالوگ‌های ستاره‌ای اولیه و افسانه‌های صورت‌های فلکی را توسعه دادند.
• قرن دوم میلادی: آلمگست بطلمیوس کاتالوگ ستاره‌ای جامع و فهرست صورت‌های فلکی را ارائه داد.
• قرن‌های 16-17: عصر اکتشاف منجر به نقشه‌برداری از صورت‌های فلکی جنوبی شد.
• 1922: اتحادیه بین‌المللی نجوم (IAU) 88 صورت فلکی مدرن را استاندارد کرد.
• قرن بیستم: توسعه کاتالوگ‌های ستاره‌ای کامپیوتری و نرم‌افزارهای سیاره‌نما دیجیتال.
• قرن بیست و یکم: برنامه‌های موبایل و ابزارهای مبتنی بر وب مشاهده صورت‌های فلکی را برای همه قابل دسترس می‌کند.

داده‌های صورت فلکی

این برنامه از یک پایگاه داده ساده‌شده صورت‌های فلکی استفاده می‌کند که در یک فایل TypeScript ذخیره شده است:

export interface Star {
  ra: number;  // صعود راست به ساعت
  dec: number; // انحراف به درجه
  magnitude: number; // روشنایی ستاره
}

export interface Constellation {
  name: string;
  stars: Star[];
}

export const constellations: Constellation[] = [
  {
    name: "اورسا ماژور",
    stars: [
      { ra: 11.062, dec: 61.751, magnitude: 1.79 },
      { ra: 10.229, dec: 60.718, magnitude: 2.37 },
      // ... ستاره‌های بیشتر
    ]
  },
  // ... صورت‌های فلکی بیشتر
];

این ساختار داده‌ای اجازه جستجوی کارآمد و رندر صورت‌های فلکی را می‌دهد.

رندر SVG

این برنامه از D3.js برای ایجاد نقشه آسمان شب SVG استفاده می‌کند. در اینجا یک مثال ساده از فرآیند رندر وجود دارد:

import * as d3 from 'd3';

function renderSkyMap(visibleConstellations, width, height) {
  const svg = d3.create("svg")
    .attr("width", width)
    .attr("height", height)
    .attr("viewBox", [0, 0, width, height]);

  // رسم پس‌زمینه آسمان
  svg.append("circle")
    .attr("cx", width / 2)
    .attr("cy", height / 2)
    .attr("r", Math.min(width, height) / 2)
    .attr("fill", "navy");

  // رسم ستاره‌ها و صورت‌های فلکی
  visibleConstellations.forEach(constellation => {
    const lineGenerator = d3.line()
      .x(d => projectStar(d).x)
      .y(d => projectStar(d).y);

    svg.append("path")
      .attr("d", lineGenerator(constellation.stars))
      .attr("stroke", "white")
      .attr("fill", "none");

    constellation.stars.forEach(star => {
      const { x, y } = projectStar(star);
      svg.append("circle")
        .attr("cx", x)
        .attr("cy", y)
        .attr("r", 5 - star.magnitude)
        .attr("fill", "white");
    });

    // اضافه کردن نام صورت فلکی
    const firstStar = projectStar(constellation.stars[0]);
    svg.append("text")
      .attr("x", firstStar.x)
      .attr("y", firstStar.y - 10)
      .text(constellation.name)
      .attr("fill", "white")
      .attr("font-size", "12px");
  });

  // رسم خط افق
  svg.append("line")
    .attr("x1", 0)
    .attr("y1", height / 2)
    .attr("x2", width)
    .attr("y2", height / 2)
    .attr("stroke", "green")
    .attr("stroke-width", 2);

  return svg.node();
}

function projectStar(star) {
  // تبدیل RA و Dec به مختصات x، y
  // این یک پروجکشن ساده شده است و باید با یک پروجکشن سماوی مناسب جایگزین شود
  const x = (star.ra / 24) * width;
  const y = ((90 - star.dec) / 180) * height;
  return { x, y };
}

مناطق زمانی و موقعیت‌ها

این برنامه با مناطق زمانی و موقعیت‌های مختلف به روش‌های زیر برخورد می‌کند:

• به طور پیش‌فرض از منطقه زمانی محلی کاربر استفاده می‌کند.
• اجازه وارد کردن دستی اختلاف UTC را می‌دهد.
• تمام زمان‌ها را برای محاسبات داخلی به UTC تبدیل می‌کند.
• از API موقعیت‌یابی برای تشخیص خودکار موقعیت استفاده می‌کند.
• ورودی دستی برای عرض و طول جغرافیایی را فراهم می‌کند.

ملاحظات آلودگی نوری

در حالی که این برنامه به‌طور مستقیم آلودگی نوری را در نظر نمی‌گیرد، کاربران باید آگاه باشند که:

• مناطق شهری ممکن است به دلیل آلودگی نوری ستاره‌های کمتری را ببینند.
• این برنامه دید نظری را نشان می‌دهد، با فرض شرایط مشاهده ایده‌آل.
• روشنایی ستاره‌ها در پایگاه داده می‌تواند به برآورد دید در شرایط مختلف کمک کند.

محاسبه خط افق

خط افق بر اساس موقعیت ناظر محاسبه می‌شود:

• برای افق صاف (مثلاً در دریا)، یک خط مستقیم در 0° ارتفاع است.
• برای مکان‌های مرتفع، افت افق محاسبه می‌شود: $\text{Dip} = 0.98 \times \sqrt{h}$ (به درجه) که در آن h ارتفاع از سطح دریا به متر است.

تغییرات فصلی

این برنامه تغییرات فصلی در صورت‌های فلکی قابل مشاهده را با استفاده از تاریخ ورودی برای محاسبه موقعیت دقیق ستاره‌ها در نظر می‌گیرد.

• نشان دادن صورت‌های فلکی مختلف بر اساس زمان سال.
• ارائه اطلاعات درباره صورت‌های فلکی دایره‌ای که همیشه از موقعیت کاربر قابل مشاهده هستند.

منابع

1. "صورت فلکی." ویکی‌پدیا، بنیاد ویکیمدیا، https://en.wikipedia.org/wiki/Constellation. دسترسی 2 آگوست 2024.
2. "سیستم مختصات سماوی." ویکی‌پدیا، بنیاد ویکیمدیا، https://en.wikipedia.org/wiki/Celestial_coordinate_system. دسترسی 2 آگوست 2024.
3. "کاتالوگ ستاره." ویکی‌پدیا، بنیاد ویکیمدیا، https://en.wikipedia.org/wiki/Star_catalogue. دسترسی 2 آگوست 2024.
4. "تاریخچه صورت‌های فلکی." اتحادیه بین‌المللی نجوم، https://www.iau.org/public/themes/constellations/. دسترسی 2 آگوست 2024.
5. "D3.js." اسناد مبتنی بر داده‌ها، https://d3js.org/. دسترسی 2 آگوست 2024.