لینوکس و ستاره شناسی!

[.:SNOW G!RL:.]

در چندسال گذشته با کاهش قیمت سخت افزار و نرم افزار، ستاره شناسی رومیزی دست یافتنیتر شده است. با يک سرمایه گذاری نه چندان بیشتر از قیمت یک کامپیوتر شخصی رده بالا میتوان یک تلسکوپ مجهز به دوربین CCD برپا کرد که برای شکارکردن ستاره های دنباله دار یا کاوش برای سیارکها کاملاً مناسب است، کارهایی که هنوز سرگرمیهای پرطرفداری در میان ستاره شناسان مبتدي هستند. این سخت افزار اپتیکی را میتوان با گستره قابل ملاحظه ای از نرم افزارهای آزاد تکمیل کرد تا تصویرهای خام را پردازش کنند و ستاره شناسان مبتدي را هدایت کنند که کجا را بنگرند و چه چیزهایی را ببینند.

در سطحی پایینتر، هر کس با یک اسمارت فون تجهیزشده میتواند زیر آسمان پرستاره بنشیند و نقشه برچسب گذاری شده آسمان گوگل را تماشا کند برای اطلاعات بیشتر میتوانید به سایت http://www.starreservoir.com مراجعه کنید) و نامهای ستارگان را بیاموزد. این سیستم از آندروئید، GPS، داده های قطبنما و تاریخ و زمان برای تعیین مکان شما روی زمین استفاده میکند.

هر کسی با یک لپتاپ میتواند به فهرستهای طولاني ستارگان که در سراسر وب در اختیار همگان قرار داده شده است، دسترسی یابد و آسمانها را از طریق بسته هایی نرمافزاری مانند KStars (به آدرس Stellarium ،( http://edu.kde.org/kstars (به آدرس http://stellarium.org) و XEphem (به آدرس http://www.clearskyinstitute.com/xephem) ببیند که به بیننده اجازه میدهند چشم اندازهای فلکی را از هر نظرگاهی در روی زمین، در کنج آسوده اتاق نشیمن خود بپویند. Stellarium و KStars زیر مجوز GPL هستند. XEphem اپن سورس است و برای استفاده های غیرتجاری رایگان است. هر یک از این بسته های نرمافزاری را میتوان از طریق یک لپتاپ به یک تلسکوپ متصل کرد و با استفاده از فیلترها، دوربینهای CCD (سرنام Charge-Couple Device) اختصاصی و فناوریهای GOTO، هر کس با امکان دسترسی به یک تلسکوپ به نسبت معمولی میتواند امیدوار باشد از آثار منفی آلودگی نوری اجتناب کند و با دقتی که تا گذشته ای نه چندان دور در انحصار رصدخانه های بزرگ بود، به مشاهده و عکسبرداری از سیارکها و سیاره ها، سحابیهای دوردست و قمرهای دورافتاده بپردازد.
اینک، مسافر
ستاره شناسی کهن ترین دانش است. مشاهده سپهرها و جایگاه خودمان در میان آنها، از زمانهای نخستین یکی از مشغولیتهای انسان بوده است. از زمان بنای Stonehenge [بنایی سنگی از دوران ماقبل تاریخ در ویلتشایر انگلیس] تا عصر هیپارکوس [ریاضیدان و ستاره شناس یونانی]، از زمان بابلیها تا دوران چینیها نياز به درک و تفسير ستارگان يکي از ويژگيهاي محوري دين و فلسفه باستان بوده و نقش بزرگی در رشد ریاضی و علوم ایفا کرده است.

در سطح فلسفی، ستاره شناسی پنجره ای بر مکانیک حیات و جهان گشود. از جنبه کاربردی، ستاره شناسی ابزار ناوبری در خشکی و دریا و نیز ابزار بنا نهادن گاه شمار و تعیین زمان فراهم کرد. این ره یافتها در دستگاه Antikythera، «یک ماشین حساب مکانیکی باستانی که برای محاسبه جایگاههای نجومی طراحی شدهبود.» گرد هم میآیند. این ماشین در سال ۱۹۰۱ در یک کشتی شکسته باستانی در نزدیکی ساحل جزیره یونانی آنتی کیترا یافته شد. قدمت دستگاه آنتی کیترا به حدود سال ۱۵۰ پیش از میلاد مسیح بازمیگردد و به عنوان کهن ترین کامپیوتر آنالوگ جهان توصیف شده است (برای کسب اطلاعات بیشتر میتوانید به آدرس http://antikythera-mechanism.gr مراجعه کنید).

استفاده از ابزارهای محاسباتی در ستاره شناسی تازگی ندارد، اما این ره یافت در نیمه پایانی قرن بیستم با انباشت فزاینده داده ها از ماهواره ها و رادیوتلسکوپها دگرگونی یافت و موجب گشایش امکانهای تازه رصد غیراپتیکی و ضبطکردن داده و ایجاد حوزه های جدید پژوهش در اخترشناسی شبه ستاره ها (Stellar Astronomy) شد. بسیاری از این حوزه ها دور از دسترس رصدگران مبتدي هستند، اگرچه مبتديها به اکتشافهای شگفت انگیز ادامه داده اند.

گنولینوکس با سنتهای طرفدارانش، ظاهر یونیکس مانند، دسترس پذیری کد و مقیاس پذیری از ابزارهای همراه تا ابرکامپیوترها، جایگاه یگانه ای به عنوان سیستم عاملی برای نیازهای ویژه ستاره شناسان یافته است. لینوکس به عنوان نرمافزار ادارهکننده تلسکوپها، نرمافزار فرستادن دستورها به ماهواره ها و روی ابرکامپیوترها و ابزارهایی رومیزی که ستاره شناسان برای تفسیرکردن داده های خود به کار میبرند، مورد استفاده قرار میگیرد.

دانش پرتابه ها
گنولینوکس از همان آغاز ابزار سودمندی برای دانش پیشگانی بود که نیازهای ویژه ای در زمینه داده ها و سخت افزارها داشتند و پروایی از آلودن دست خود به کد نداشتند.برای آنانی که مشغول بررسی پدیدههای زودگذر در لبه جهان بودند و انبوهی از دادهها را درباره ترکیب ستارگان و مسیرهای آنان در فضا و زمان میانباشتند یا تجهیزاتی تخصصی برای تفسیر و تحلیل کردن تابش کیهانی میساختند، لینوکس گزینه ارزان و آماده ای در کنار یونیکس اختصاصی بود. لینوکس به آسانی برای هدفهای پژوهشی تطابق مییافت و قادر بود روی سختافزار متداول بازار اجرا شود.

از همان سال ۱۹۹۳ هنگامی که دونالد بِکِر و توماس استرلینگ آغاز به ترسیم کردن نمای کلی یک کلاستر مبتنی بر سخت افزار متداول بازارکردند که بتواند گزینه مقرون به صرفه ای در برابر ابرکامپیوترهای بزرگ باشد، «گنو\لینوکس که به عنوان فعالیتی سرگرمکننده توسعه یافته بود.» و فراتر از ریشه های خود در میان دانشگاهیان و متخصصان ماجراجوی علوم کامپیوتر، تقریباً ناشناخته بود، گزینه بدیهی برای سیستم عامل بود.

لینوکس به خاطر آن که قابل اطمینان، شبیه یونیکس، دارای معماری قطعه قطعه (ماجولار) و انعطافپذیر بود و به دليل در دسترس بودن کد آن جذابیت ایجاد کرد. نتیجه آن نخستین کلاستر Beowulf بود که توسط مرکز پروازهای فضايی Goddard در گرینبِلت ایالت مریلند ساخته شد تا به مسائل مربوط به پروژه علوم زمین و فضا (ESS) ناسا بپردازد (براي کسب اطلاعات بیشتر به آدرس http://beowulf.org/overview/history.html مراجعه کنيد).



شكل 1- تصویر موزايیکی سحابی خرچنگ (سرطان)


یکی از هدفهای پروژه ESS تعیین کردن «کاربست پذیری کامپیوترهایی با موازیسازی بالا در مسائل پیش روی جامعه علوم زمین و فضا» بود. لینوکس که در این کلاستر روی کامپیوترهای مبتنی بر سخت افزار متداول بازار اجرا میشد، توانست کارايی یک ابرکامپیوتر را باز آفریند.

جاودانگی بسیار طولانی به نظر ميرسد، به ویژه در نزدیکی پایان
لینوکس همچنان یک ابزار حساس پژوهش و توسعه برای ناسا باقی ماند و مشهورتر از همه، برای راندن سیستمهای دستور و کنترل پویشگر مریخ مورد استفاده قرار گرفت: زمینشناسان روباتیک Spirit و Opportunity که در ژانویه ۲۰۰۴ روی مریخ فرود آمدند و همچنان به خوبی کار میکنند.فناوریهایی که از کار بِکِر و استرلینگ روی Beowulf برآمدند، امکانات کاری را برای دانشپیشگانی که منحصراً مشغول شبیه سازی رویدادها در لبه جهان هستند، دگرگون کرد و به همان اندازه نیز برای محیطهای تجاری اختصاصی که نیازمند تواناییهای محاسباتی سنگین ریاضی یا تحلیلی بودند، سودمند افتاد.

در آخرین شمارش Osfam (سهم سیستم عاملها)، لینوکس سیستم عامل اصلی ۴۴۳ ماشین از پانصد ابرکامپیوتر برتر جهان بود و در بسیاری از پروژه های سنگین مانند پروژه COSMOS استفان هاوکینگ در دانشگاه کمبریج به خدمت گرفته شد. این پروژه در پی آن است که از راه تحلیلکردن انبوه داده های ماهواره های ناسا و آژانس فضايی اروپا، کرانهای زمان و سرچشمه های مهبانگ (Big Bang) و نیز حیات در جهان و هر چیز دیگر را بکاود.

نمون های از یک پروژه پژوهشی که از لینوکس استفاده میکند SuperWASP است، یک برنامه پیشرو در انگلیس برای کشف کردن سیاره های بیرون از منظومه شمسی که توسط کنسرسیومی از هشت مؤسسه دانشگاهی، شامل شماری از دانشگاههای انگلیس و مؤسسه Astrofisica de Canarias [در اسپانیا] اجرا میشود. پروژه SuperWASP روی نرمافزار و سخت افزاری از یک شرکت مستقر در آیوا به نام اپتیکال مکانیکس (OMI) ساخته شد که روی یک معماری مبتنی بر لینوکس اجرا میشود و از یک بسته نرمافزاری رصدی به نام Talon استفاده میکند که تاریخچه آن کمی گیجکننده است و برای مدت کوتاهی زیر گواهینامه GPL قابل دسترسی بود. آن نسخه را هنوز میتوان از SourceForge دریافتکرد.

ریشه Talon به یک بسته نرمافزاری که در سال ۱۹۹۳ در دانشگاه آیوا توسعه یافت، بازمیگردد که در دسترس همگان بود و به نام OCAAS شناخته شد (سرنامObservatory Control and Astronomical Analysis Software) و در اواخر سال ۲۰۰۲ توسط OMI زیر گواهینامه GPL منتشر شدند، پیش از آنکه به فاصله ای کوتاه، به حالت اختصاصی بازگردد. همانگونه که نام نخستین این بسته نشان میدهد، Talon را میتوان به عنوان سیستم عاملی برای کنترل رصدخانه و تحلیل ستاره شناختی توصیف کرد که میان تلسکوپ، دوربینهای CCD، کدکنندههای مکانی، سقف رصدخانه یا فعال کننده های دیافراگم، ایستگاههای هواشناسی، سیستمهای امنیتی و شبکه قرار میگیرد.

مبتديها و رصدگران تفننی
مبتديها و کسانی که برای سرگرمی به کاوش میپردازند همیشه نقش مهمی در کشف و تفسیرکردن اشیاي آسمانی بازی کرده اند. ويل هِي، کمدین انگلیسی مفلوک صحنه های اجرا و سینم ا، کسی که میتوانست جمله های همسانی را وارونه یا از آخر به اول روی تختهسیاه بنویسد، در میان ستارهشناسان بیشتر به دليل طراحی و ساختن ابزارهای ستاره شناسی خودش شناختهمیشود، مانند یک سنجنده چشمکزن و یک میکرومتر برای اندازه گیری مسیر دنباله دارها. او لکه سفید اسرارآمیزی را که در سال ۱۹۳۳ بر سطح کیوان (زحل) پدید آمد، کشف کرد و چندی بعد درهمان سال به عضویت انجمن ستارهشناسی سلطنتی برگزیده شد.

در طول دو یا سه دهه گذشته دیوید لِوی نویسنده علمی و ستارهشناس مبتدي کانادایی ۲۲ دنباله دار را به تنهایی یا با همکاری دیگران کشف کرد، از جمله Shoemaker-Levy 9 که وقتی در سال ۱۹۹۴ با مشتری برخورد کرد، بحثهای فراوانی را برانگیخت. با این اوصاف، در سالهای اخیر با ایجاد پروژه های تخصصی ردیابی سیارکها، فراخی حوزه اکتشاف مبتدي دنباله دارها و سیارکها کاهش یافته است. این پروژه های تخصصی بودجه های بزرگي دارند و از تلسکوپهای روباتیک برای مکانیابی و ردیابی ده ها هزار شیء متحرک در منظومه شمسی استفاده میکنند.

تمایز میان آماتورها و حرفه ایها در ستاره شناسی کمتر از هر رشته دیگری است و آماتورها هنوز میتوانند تغییری ایجاد کنند، یک ابرنواختر (Supernova) را بیابند یا دنباله دار ناشناخته ای را کشف کنند. داده ها به اشتراک گذاشته میشوند و در دسترس همگان قرار دارند، از این رو، فلسفه اپنسورس و به اشتراک گذاشتن فناوری برای اهالی جهان ستاره شناسی طبیعی جلوه میکند.



شكل 2- دستگاه آنتیکیترا، یک ماشینحساب ستاره شناختی از سالهای ۱۰۰ تا ۱۵۰ پیش از میلاد




شكل 3- آفرینش گرافیکی تصویر پویشگر مریخ


تکاپوی میانستارهای
راهنمای ستاره شناسی لینوکس که توسط جان هاگينس و الوود داوني، بنیانگذار XEphem و مؤسسه Clear Sky نگهداری میشود (بهآدرس http://howto.astronomy.net/howto)، شامل فهرست (اندکی قدیمی) ابزارهای سودمند لینوکسی برای ستاره شناسان مبتدي است.سرراستترین برنامه آسماننمای لینوکسی احتمالاً Stellarium است که بر فهرست Hipparcus، فهرست Tycho-2 و دیتاست NOMAD (سرنام Naval Observatory Merged Astrometic Dataset) مبتنی است و میتواند تا ۲۱۰ میلیون ستاره را نمایش دهد. Stellarium نماهای آسمان را به شکل بيدرنگ و با استفاده از OpenGL به صورت سه بعدی و همانند تصویر واقعی رندر میکند و روی لینوکس، ویندوز و مک قابل دسترسی است. Stellarium توسط برنامه نویسی فرانسوی به نام Fabien Chéreau ایجاد شده و جایزه هایی را به خاطر سودمندی آموزشیاش دریافت کرده است.

با استفاده از Stellarium میتوان آسمان را از هر نقطه ای در روی زمین نگریست که تعیین مکان در آن معمولاً با استفاده از یک شبکه بندی مختصاتی مرجع یا با استفاده از نام نزدیکترین شهر صورت میپذیرد. کاربر میتواند آسمان را چنان که از روی زمین دیده میشود، ببیند. جلوه های مشخصی را درشت نمایی (زوم) کند، ستارگان و صورتهای فلکی را بیابد و موقعیت آنها را در آسمان دریابد. نوار ابزار Stellarium امکان رسم نمای صورتهای فلکی، نام نهادن بر آنها و رسم کردنشان به شکل تصویرهای هنری، ترسیم شبکه قطبی و استوایی، حذف یا جابه جا کردن افق، نمایش جهتهای اصلی (W،E،S،N) و شبیه سازی اثرهای جوی را به شما میدهد.

Stellarium یک ابزار مقدماتی عالی برای آنهایی است که میخواهند حرکت ستارگان را در آسمانهای بالای سرشان بفهمند.KStars زیرمجموعه ای از بخش آموزشی KDE (به نام kdeedu) است و میتواند همه کارهای Stellarium و کمی بیش از آن را انجام دهد. Stellarium ظاهر آراستهتری دارد، اما KStars توسعهپذیرتر و فراگیرتر است. KStars کنترلهای گسترده ای برای تنظیم دید بیننده دارد و میتواند درشتنمایی یا کوچک نمایی کند و وضعیت یا نام هر جسم یا ساختاری را در آسمان تغییر دهد. KStars در میان ستارهشناسان مبتدي پرطرفدار است وشامل درایورهای بسیاری از انواع تجاری متداول تلسکوپها است و قابلیت گنجاندن داده های فهرستهای ستاره ای گوناگونی را دارد.

به قلب خورشید برانید
شاید هیجانانگیزترین نرمافزار ستاره شناسی لینوکسی برای غیرحرفه ایهای احساساتی که علاقه ای هم به داستانهای علمی تخیلی و ستارگان داشته باشند، Celestia باشد. (بهآدرسCelestia (http://shatters.net/celestia یک برنامه تعاملی سه بعدی برای تصویرنگاری (Visualisation) اخترشناسی است. Celestia نرمافزاری آزاد است که زیر گواهینامه GPL قرار دارد. برخلاف بیشتر نرمافزارهای آسمان نما، Celestia به کاربر امکان مسافرت در جهان را میدهد تا اجسام آسمانی را آنگونه که از یک فضاپیما دیده میشوند، ببیند و شیوه ایده آلی برای فراموش کردن مسئولیتهای شما است، همچنان که در برابر کامپیوترتان نشسته اید و کنترل را به سوی قلب خورشید میگردانید.

Celestia به خاطر هجده گیگابایت افزونه هایش بر خود میبالد. این افزونه ها را میتوان از Celestia Motherlode دریافت کرد (بهآدرس http://celestiamotherlode.net) که مخزنی برای افزونههای مختلفی مانند بافتها، مدلها یا اجسام آسمانی و اجسام حقیقی یا افسانهای در آسمان است. نصب پیشفرض Celestia شامل بیش از صدهزار ستاره و افزون بر ده هزار کهکشان است و مبتنی بر فهرست Hipparcus (یا HIP) از آژانس فضايی اروپا است. افزونه های Motherlode گستره Celestia را به بیش از دهمیلیون ستاره افزایش میدهند و شامل ماجراهایی در فضا هستند، از یک اودیسه فضايی گرفته تا جنگهای ستارهای و پیشگامان فضا (Star Trek) در تمام ریختهای مختلفش و نیز شامل سفرهای اکتشافی آکادمیک تری در میان کهکشانها و سحابیهای دوردست است.



شكل 4- Stellarium: نمایی از سیارگان از سطح زمین


Celestia به مبتديها امکان پرواز مجازی را در کهکشان میدهد و به نزدیکی ماهواره ها و ایستگاه های فضايی، سیارکها و سیارگان بازمیگردد. کاربر میتواند به شکل بيدرنگ درون فضا سفر کند یا با سرعت مافوق نور حرکت کند و به بازدید از کهکشانها، ستاره ها، سحابیها، سیاهچاله ها، سیارگان، سیارگان کوتوله، قمرها، سیارکها، دنباله دارها و فضاپیماها بپردازد یا بر گرد زمین بچرخد و روشناییهای شهرهای پایین را ردیابی کند.



شكل 5- KStars: نمایی از ماه


ناسا و آژانس فضايی اروپا Celestia را به عنوان ابزاری آموزشی به کار گرفتهاند و در مدرسه ها نیز Celestia به عنوان ابزاری برای نمایش هندسه و سرشت منظومه شمسی و گستردگی فضا محبوبیت دارد. Celestia همچنین مجموعه ای از فعالیتهای آموزشی اختصاص یافته را روی CD یا DVD عرضه میکند که در آنها تورهای پیش ساختهای با همراهی متن، در اطراف منظومه شمسی و فراتر از آن، هر کدام با طول زمانی یک تا چهار ساعت ارائه میشوند.




شكل 6- Celestia: چشماندازی از زمین





شكل 7- Celestia: افزونه ناو فضاپيما درحال ترککردن لنگرگاه فضايي


پیشوای اخترشناسی
برای ستاره شناس جدیتر، ارزشمندترین و ستایش برانگیزترین بسته نرمافزاری ستاره شناسی لینوکسی XEphem است که توسط الوود داوني نوشته شده است. Xephem با C، X11 و Motif نوشته شده و در آغاز برای یونیکس نوشته شده بود. نخستین انتشار آن XEphem 2.5 بود که در دسامبر ۱۹۹۳ ارائه شد. نام آن حاصل ترکیب X (از X11، سیستم گرافیکی رابط کاربری لینوکس) و ephemera (به معنای فانی و زودگذر) است [یا شاید هم به ephemeris، یعنی تقویم نجومی، اشاره دارد].

XEphem خود را به عنوان یک «بسته نرمافزاری تعاملی تقویم ستاره شناسی در سطح علمی[پژوهشی]» توصیف میکند که در محیطهای حرفهای برای «محاسبه اطلاعات گردش تمامی اجسام به گرد خورشید، زمین و مکان رصد» در آسمان شب به کار میرود.متأسفانه XEphem زیر یک گواهینامه نرمافزار آزاد ارائه نمیشود، اگرچه میتوان کد منبع لینوکسی یا یونیکسی آن را برای استفاده آموزشی یا شخصی بدون پرداخت هزینه ای دریافت کرد. نصب XEphem در بیشتر توزیع های لینوکس فرآیند سرراستی نیست (برای مشاهده یک راهنمای نصب میتوانید به آدرس http://tinyurl.com/yk2ahow مراجعه کنید) و جلوه های گرافیکی خیرهکننده سایر بستهها را ندارد، اما این مزیت را دارد که روی سختافزار نسبتاً سطح پایین هم اجرا میشود و در هدفهای خود بلندپروازتر است. XEphem در سال ۲۰۰۱ به عنوان «استاندارد غیررسمی بسته های ستاره شناسی روی یونیکس» و «استانداردی که همه برنامه های تجاری و غیرتجاری با آن مقایسه میشوند»، توصیف شد.



شكل 8- رابط کاربري XEphem

این توصیف ممکن است همچنان درست باشد، اما مانند بسیاری از حوزههای محاسبات آکادمیک، نرمافزارهای آزاد و اپنسورس در حال تغییردادن قوانین و چشمداشتها هستند. وقتی چنان حجم بزرگی از نادانسته ها همچنان برای کشف کردن باقی مانده، به اشتراک گذارشتن به روش طبیعی تبدیل میشود. در حال حاضر احتمال بیشتری برای استفاده از لینوکس برای روی راهحل های سطح بالا مانند کنترل کردن تلسکوپهای بزرگمقیاس یا راندن کاوشگرهای سطحی یا فضاپیماها وجود دارد تا استفاده از آن توسط مبتديها روی کامپیوترهای رومیزیشان، اما همانند سایر رشته ها، احتمال بسیاری وجود دارد که این وضع به زودی تغییر کند.