Celestia

Celestia

Celestia 是一套開放原始碼的 3D 天文軟體,在 Linux 作業系統下編寫,利用 NVIDIA® 加速元件處理高解析度的材質與紋理貼圖,流暢地顯示高解析度影像。Celestia 能存取 NASA 影像資料庫中的星球與星系目錄,讓您能看到“飛越”宇宙的虛擬實境。 NASA 的目標是讓大眾能輕易取得太空探測任務的資料。NASA 研究許多方法讓大眾分享科學研究成果的喜悅。NASA 主動協助教師,合作發展各種技巧與工具來激勵學生。NASA 致力鼓勵青年學子成為新一代科學家、技術人員、工程師、以及數學家。為達成這個目標,教師必須使用足夠的工具。Celestia 這項寶貴工具能在住家以及其他場所,可發揮激發與教育青年學子的成效。 Celestia 是由克里斯 · 勞瑞爾(Chris · Laurel)主導開發。包括現今成為計畫贊助的 NASA 在內,結合眾多研發人員的努力,共撰寫約 10 個版本的 Celestia 成為眾人吸收太空與星球知識的視窗。這項工具運用 NVIDIA 繪圖技術,讓使用者透過影像來探索龐大資料庫里的內容,其中包含星球與星系的目錄,以及由星際太空船所收集的影像資料。通過桌上型或筆記本 PC 或 MAC,使用者可利用各種方式來觀看資訊,其中包括:調整時序設定(觀察未來將發生的事件)、調整視窗鎖定的影像範圍、仔細觀察地球與其他星球,包括太陽、銀河系、以及其他各種天體。 該 3D 視覺化工具可讓使用者能透過特殊方式來觀看我們的宇宙,結合 PC 平台與 NVIDIA 繪圖方案,讓廣大民眾能觀看到壯觀的天文景象。

基本信息

最新版本

Celestia 1.6.1.0 是 Celestia 軟體中的最新正式版本,更新木星(Jupiter)的 62 顆衛星,土星(Saturn)的 60 顆衛星,天王星(Uranus)的 28 顆衛星,海王星(Neptune)的 18 顆衛星和冥王星(Pluto)的 3 顆衛星全部資料。它將所有的衛星的圖樣改進,將舊有的衛星變成橢圓形或扁形的或已知的圖樣,而且名字從只有衛星名和編號變成衛星名、該行星的名字和數字編號,例如:土衛十(Janus)的名字就是“Janus/Saturn X/1980 S 1”,你在 Target Name(輸入名稱)中打任何一個名字都可以搜尋到該衛星。小行星的名字從編號或名字改成編號和名字或編號,加該小行星的有的英文名,再加上編號。它還可以剔除小衛星的名字和軌道,這在 Render(渲染)的 View Options(視圖選項)中的剔或剔除 Minor Moons(小型衛星)的 Orbits(軌道)或 Labels(標籤)。

Celestia EP Celestia EP

但是 Celestia 1.6.1.0 有一個缺陷,恆星沒有星芒效果,大氣層只能看見日冕(Celestia EP 已經修復)。

使用教程

依據依巴谷星表,Celestia 內建將近 1.2 × 10^5 顆恆星。可調整最大可見的視星等來改變熒幕上恆星的數量,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、人造衛星和太空船,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、不規則、橢圓、透鏡或螺旋星系(內建超過 10^4 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,或追蹤運行中的天體。

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 10^15 倍到 10^-15 倍,也可暫停或倒流。不過快轉到公元或公元前 2.0 × 10^8 年元旦(1 月 1 日)就會停止。儘管如此,太陽系行星軌道只在數千年範圍內才算精確,超過了數千年就有不準確。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 圖冊(部分是 Celestia 吧友製作) Celestia 圖冊(部分是 Celestia 吧友製作)

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、食、彗尾、恆星光芒、星座連線和界線。

控制方法

滑鼠

左鍵拖動:改變視角

右鍵拖動:環繞選定對象

滑鼠滾輪/ Ctrl + 滑鼠左鍵:調整選定對象距離

Shift + 左鍵:改變視野

滾輪點擊:切換視野

左鍵點擊:選擇對象

左鍵雙擊:置中對象

右鍵點擊:打開選單

鍵盤

導航

H:選擇太陽(Home)

C:置中所選對象(Center)

G:前往並跟隨(Goto)

F:跟隨對象(Follow)

Y:同步軌道對象

::鎖定對象

":追逐對

T:跟蹤對象

Home:接近對象

*:後視鏡

End:遠離對象

ESC:取消當前執行的運動或腳本

←:左轉

→:右轉

↑:上抬

↓:下抬

0:選擇此行星系的主恆星

1 ~ 9:選擇此行星系的對象(例:2 = 金星,4 = 火星等)

Enter:查找物體。

Ctrl +C / INS:複製行星線上信息(URL)

時間

空格:暫停/恢復時間的流動和腳本

J:時間後退/前進

\:實時(速度)

L:改變時間速度:× 10

K:改變時間速度:÷ 10

Shift + L:改變時間速度:× 2

Shift + K:改變時間速度:÷ 2

!:實時(具體時間以系統時間為準)

?:開啟光傳播延遲

-:忽略光傳播延遲

顯示標籤

E:星系

Shift + E:球狀星團

B:恆星

P:行星

Shift + P:矮行星

M:衛星

Shift + M:小衛星

W:小行星

N:宇宙飛船

=:星座

&:位置

顯示物體

U:星系

Shift + U:球狀星團

^:星雲

Ctrl + A:大氣層

I:雲

Shift + I:Lua 工具開關(Celestia 不內置 Lua 工具,需要從官網下載安裝)

Ctrl + L:夜視圖

Ctrl + T:彗尾

Ctrl + E:星月食陰影

Ctrl + B:星座邊界

/:星座連線

;:赤道坐標系

Ctrl + K:標記

O:軌道

觀察

{:減少環境光

}:增加環境光

(:減少星系的光增益

):增加星系的光增益

[:減少限制級

]:增加限制級

——如果自動星等關閉:增加限制級(更少的恆星)

——如果自動星等開啟:增加在 45° 視場限制級

Ctrl + Y:自動星等開關

,:縮小視野(Shift+ 滑鼠左鍵拖動)

.:擴大視野(Shift+ 滑鼠左鍵拖動)

Ctrl + X:反鋸齒

Alt + Enter:切換顯示模式(全螢幕/視窗)

Ctrl + P:標記所選對象

+:切換行星紋理(一般/知識界限)

%:切換恆星顏色(光譜型約定顏色/紋理顏色)

Ctrl + S:周期明星風格(模糊點/正常點/縮放點)

V:數據文本(無/簡略/詳細)

Ctrl + W:切換顯示模式(真實/線框)

宇宙航行

F1:停止

F2:速度設定為 1 km/s

F3:設定速度為 10³ km/s

F4:設定速度為 1 C

F5:速度設定為 10 C

F6:設定速度為 1 AU/s

F7:設定速度為 1 ly/s

A:增加速度

Z:降低速度

Q:扭轉方向

X:運動方向設定螢幕的中心

小鍵盤(須開啟 NUM LOCK)

4 = ←

6 = →

8 = ↓

2 = ↑

7 = Home

9 = End

5:停止運動

使用舉例

日食月食

導航(Navigation)> 查找食(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,點最下面按鈕計算日期並前往行星(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。

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。

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圖像,則:

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。

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。

選擇地球,按 Enter 鍵入地點名稱後再按 Enter,即可選擇該地點。

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。

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。

按鍵盤 L(加速)、K(減速)、J(倒轉)調整時間,觀察日食過程。

Shift + Ctrl + 滑鼠左鍵可以編輯行星(需要提前按 Shift + 2 開啟編輯模式)

只是此軟體無法模擬日食發生時的天空顏色亮度變化。

外掛程式製作教程

該軟體可以進行自製星球的操作,但是需要簡單的編程和代碼,不能直接在軟體界面里製作。做出來的天體或者天體系統叫做外掛程式,外掛程式可以讓 Celestia 的世界更加精彩。

注意事項:由於軟體是由 Linux 編程,而 Linux 系統區分大小寫,所以製作時要注意代碼關鍵字大小寫問題。

Celestia 支持中文名稱的外掛程式檔案,但是由於微軟自帶的 Notepad 默認將代碼保存為 ANSI 模式, 所以使用 Notepad 輸入中文將會導致 Celestia 無法讀取導致外掛程式名顯示異常(呈“?”)。如果想要為外掛程式賦予中文名稱,使用 Notepad++ 即可解決問題。

Celestia 外掛程式安裝目錄為 Celestia\extras 或者 Celestia\extras-standard。將外掛程式主檔案以及貼圖放入該目錄,重啟 Celestia 即可看到效果。

註:教程中“#”字元為可選項,實際上外掛程式項前加上“#”字元可以時該項失效,若想讓外掛程式項生效,去掉“#”字元即可。

外掛程式本質為文本文檔,所有的代碼可以寫入文本文檔,保存後更改擴展名,就是外掛程式的主檔案。

外掛程式主檔案格式示例:

恆星部分

恆星外掛程式的擴展名為“.stc”(全稱 Star Catalog,譯名星表),是 Celestia 用來存儲恆星與合星質心的檔案。

單星:

"HD 97401:Plu"(如果在“"”前寫數字,表示增加 HIP 編號,如果 HIP 編號已有,則更改該恆星的數據。其中添加“:”可以使得該恆星有多個名字可被搜尋)

{

RA 64(赤經)

Dec 167(赤緯)

註:Celestia 的赤經和赤緯是維基百科的小數形式。其中恆星的赤經化為小數後,需要 × 15。

Distance 51547(距日距離,單位 ly)

SpectralType "G2V"(光譜型 )

註:SpectralType 共有 3 個部分組成,分別為恆星光譜,次型和光度級組成。

“G”表示恆星光譜型 ,主要分為“O、B、A、F、G、K、M”,還有特殊光譜,為“C、N、R、S(碳星)L、T(褐矮星)”。

約定顏色:

沃爾夫-拉葉星

WC:藍色

WN:藍色

普通恆星

O:藍色

B:藍白色

A:白色

F:黃白色

G:黃色

K:橙色

M:紅色

碳星

C:紅色

N:紅色

R:紅色

S:紅色

褐矮星

L:暗紅色

T:暗紅色

視覺顏色:

沃爾夫-拉葉星

WC:藍白色

WN:藍白色

普通恆星

O:藍白色

B:藍白色

A:藍白色

F:青白色

G:白色

K:黃白色

M:橙紅色

碳星

C:橘紅色

N:橘紅色

R:橘紅色

S:橘紅色

褐矮星

L:深紅橙色

T:深紅橙色

“2”代表該恆星的次型,從 1 ~ 9,數值小的恆星屬於該光譜型中的早期恆星,數值大的恆星屬於該光譜型中的晚期恆星。早期恆星溫度比晚期恆星更高。

“2”後緊隨的“V”是恆星光度級 。目前 Celestia 支持的光度級主要有:

特超巨星:I-a0

亮超巨星:I-a

超巨星:I

暗超巨星:I-b

亮巨星:II

暗巨星:III

亞巨星:IV

矮星:V

亞矮星:VI

白矮星:DA、DB、DQ、DZ

中子星:Q

黑洞:X

註:超巨星類(I-a0、I-a、I-b)在“I”與“a”和“b”之間是否加“-”隨意,對外掛程式效果不影響,Celestia 會自動顯示。

白矮星、中子星和黑洞的光度級寫在次型前,例如“DA2,X”。

“天體(恆星)類別”,又稱光譜型。

Texture "gstar.*"(紋理,可有可無,沒有可按光譜分別)

註:默認紋理分別為:

Default:astar.*(在恆星光譜型超出範圍或未確定時使用該貼圖)

O、B:bstar.*

A、F:astar.*

G、K:gstar.*

M、C、N、R、S:mstar.*

L、T:browndwarf.*

WD:astar.*(註:WD 是白矮星(White Dwarf)的縮寫)

NeutronStar:astar.*

詳情請見:Celestia\celestia.cfg(該檔案為文本文檔類型的配置檔案,使用 Notepad 即可打開編輯)。

註:其中 JPEG 圖片擴展名可以縮寫為“.*”,但是其他格式不可以。

AbsMag 4.9(絕對星等)

#AppMag 20.89 (視星等)

註:“AbsMag”和“AppMag”只能擇一使用。

Radius 635670(半徑,單位 km)

恆星效果圖 恆星效果圖

#SemiAxes [1 1 1](長、高、寬之比,但完全是球體可省略)

RotationPeriod 3700(自轉時間,單位 h)

}

圖為恆星測試效果

多星:

註:多星的代碼比較複雜。下方代碼是多星系統中的一個子星舉例。

Barycenter "Barycenter"(恆星質心)

{
RA 100(質心赤經)
Dec 24(質心赤緯)
Distance 6400(質心距日距離)
}
"Wolf-Rayet Star"
{
OrbitBarycenter "Barycenter"(質心名稱)
SpectralType "WN2"(光譜型)
Texture "ostar.*"(恆星貼圖)
AbsMag -12.24(絕對星等)
#AppMag 16.64(視星等)

註:“AbsMag”和“AppMag”只能擇一使用。

Radius 10940640(半徑)

EllipticalOrbit(軌道數據)
{
Period 36(環繞周期,單位 yr)
SemiMajorAxis 58(軌道半徑,單位 AU)
Eccentricity 0.25(軌道偏心率,0 是正圓,1 是拋物線)
Inclination 72.6(軌道傾斜度)

AscendingNode 38.7(升交點經度)

ArgOfPericenter 180(近心點幅角)

}

Obliquity 72.6(軌道傾角)

EquatorAscendingNode 38.7(赤道升交點經度)

RotationPeriod 6493700(自轉周期,單位 h)。

}

註:在同一質心中可以無限創建恆星。

恆星質心必須有,這是多星外掛程式的基礎,否則外掛程式就會失效。

將以上代碼保存,並將文本文檔擴展名改為“.stc”放進指定目錄中(見上文)。在格式完全正確的前提下,重啟 Celestia ,搜尋該天體,前往後即可看到效果(括弧及括弧內的字元不要輸入) 。

行星部分

行星外掛程式的擴展名為“.ssc”(全稱 Solar System Catalog,譯名太陽系目錄),是 Celestia 用來存儲行星系天體的檔案。

(官網 Mod 網站下載的一個例子(對此稍加修改),來自參宿四 B 星(紅矮星)的 Zanoni):

"Zanoni(行星名字)" "Betelgeuze B(恆星名字)"

#"Moon" "The Test Star/Zanoni"(如果是衛星,格式為:"名稱" "母恆星名稱/所環繞的行星")

{

Class "planet"(天體定義)

註:Celestia 的天體定義主要分為:

行星:planet

衛星:moon

矮行星:dwarfplanet

小衛星:minormoon

小行星:asteroid

彗星:comet

太空船:spacecraft

Texture "zanoni.*"(行星紋理)

#NightTexture "zanoni-night.*"(夜光貼圖,比如城市的燈光、熔岩的光、極光或其它)

#BumpMap "zanoni-bump.*"(凹凸貼圖,用於加深細節以使其逼真,製作起來相對容易,與法線貼圖只能擇一使用)

#BumpHeight 18.7(凹凸深度)

#NormalMap "zanoni-normal.*"(法線貼圖,相對於凹凸貼圖效果更好,但是製作方法更難)

#SpecularTexture "terra1-spec.*"(反光貼圖,越白反光越強,越黑反光越弱。註:有海洋或凍的行星需要使用)
#SpecularColor [ 0.35 0.5 0.55 ](反光的顏色)

註:所有涉及到顏色的項,方括弧內部格式統一為:“[ R G B ]”。
#SpecularPower 15.0(反光的強度。數值越大越集中,越小越發散)

#Mesh "himalia.3ds"(模型,一般不規則物體會用到)

#OrbitColor [ 0.0 0.0 1.0 ](行星軌道顏色)

註:Celestia 會自動判定軌道顏色,和恆星貼圖類似,此項可有可無。

#Orientation [ -90 1.0 0.0 ](三軸,用於調整模型角度)

註:所有涉及到三軸的項,方括弧內部格式統一為:“[ X Y Z ]”。

Radius 6400(半徑)

#SemiAxes [ 6405 6398 6405 ](長、寬、高,單位 km。與恆星外掛程式不同,該項與“Radius”只能擇一使用)

Oblateness 0.004(行星扁率)

Color [ 0.7 0.2 0.64 ](行星遠觀顏色)

BlendTexture true(讓“Color”著色行星貼圖)

#HazeColor [ 0.2 0.35 0.54 ](行星表面的霧的顏色,只有在“OpenGL 頂點格式”或“NVIDIA Combiner”渲染通道(或更高)里才會顯示)

#HazeDensity 0.24(霧的濃度)

#Emissive true(讓天體無陰影)

#Clickable false(讓天體禁止被選中)

#Visible false(讓天體不可見)

#InfoURL "http://zh.celestia.wikia.com"(連結,可以右鍵行星進入網頁查找資料)

EllipticalOrbit(軌道數據)

{

#Epoch 2457000.5(曆元,單位儒略日,表示下列軌道參數的參考時刻)

Period 0.655(軌道周期,單位 yr,如果是衛星,單位為 days)

SemiMajorAxis 0.8(半長軸,單位 AU,如果是衛星,單位為 km)

Eccentricity 0.07(軌道偏心率)

Inclination 6.2(軌道傾斜度)

AscendingNode 180(升交點經度)

ArgOfPericenter 100(近心點幅角)

MeanAnomaly 265(平近點角)

#MeanLongitude 265(幾何平黃經)

註:“MeanAnomaly”和“MeanLongitude”只能擇一使用。

#LongOfPericenter 48(近心點經度)

註:“ArgOfPericenter”和“LongOfPericenter”只能擇一使用。

}

Atmosphere(大氣層數據)

{
Height 96(大氣頂端距離表面的高度,單位 km)

#Lower [ 0.65 0.52 0.43 ](低層大氣的顏色)

#Upper [ 0.84 0.48 0.26 ](高層大氣的顏色)

#Sky [ 0.3 0.3 0.6 ](天空顏色)

#Sunset [ 1.0 0.6 0.2 ](日落的天空顏色)

註:以上四項在“OpenGL 2.0”渲染通道中不顯示,可以捨去。

Mie 0.0025(米氏散射)

MieAsymmetry -0.27(背光散射,數值越低背光散射越強)

Rayleigh [ 0.0025 0.001 0.004 ](瑞利散射)

MieScaleHeight 15(米氏大氣散射程度)

#Absorption [ 0.0055 0.008 0.002 ](米氏大氣消光,這裡表示大量吸收紅光和綠光,剩下藍光)

CloudHeight 9.6(雲層高度)
CloudSpeed 48(雲層速度)
CloudMap "zanoni-clouds.*"(雲層貼圖)

CloudShadowDepth 1.0(雲層陰影)

}

UniformRotation(自轉數據,不加則認為潮汐鎖定)

{

Period 277.22(周期,單位:h)

Inclination 2.9(轉軸傾斜角度)

}

Rings(光環數據)

{
Inner 60000(光環內徑,單位:km)
Outer 120000(光環外徑,單位:km)
Texture "zanoni-rings.*"(光環貼圖)
}

Albedo 0.33(反照率,會影響行星的亮度和溫度)
}

更新行(衛)星屬性

Modify "Io" "Sol/Jupiter"(如果是行星則為"Jupiter" "sol")(更新衛星,與編寫行(衛)星名稱的規則一樣)

{
SemiAxes [ 1830 1818.7 1815.3 ](物體的長、高、寬,單位:km,或使用“Radius”)
#CustomRotation "iau-io"(自定義自轉,可以刪除)
}

將以上代碼保存,並將文本文檔擴展名改為“.ssc”檔案放入軟體指定目錄中,在格式正確的前提下,重啟 Celestia ,搜尋該天體,前往後即可看到效果(括弧及括弧內的字元不要輸入)。

備註:凡是有關顏色的項顏色數據必須是在 0 ~ 1 之間,因此系統數據需要 ÷ 255 才能得到正確的結果,因為 Celestia 支持的紅、綠、藍色調強度最高值是 1。

深空天體

深空天體外掛程式的擴展名為“.dsc”(全稱為 Deep Space Catalog,譯名深空天體目錄),是 Celestia 用來存儲深空間天體的檔案。

星雲製作如下

Nebula(類型,這裡是星雲) "M16"(名稱)

{

Mesh "1995-44-a.3ds"(模型)

註:星雲外掛程式需要模型檔案才能顯示。檔案後綴為 3ds 或者 cmod(該檔案屬於 Celestia 特有檔案)。

Axis [ 0.205007 -0.737927 -0.642989 ](三軸)

Angle 146.298(角度)

RA 18.31404(赤經)

Dec -13.8311(赤緯)

Distance 7002(距日距離)

Radius 3.45(半徑,單位 ly)

}

球狀星團的製作方法如下

Globular(類型,這裡是球狀星團)"GBL S5824-12"(球狀星團的名稱)

{

RA 58.5(赤經)

Dec -70(赤緯)

Distance 50000(距日距離)

Radius 248(半徑,單位 ly)

CoreRadius 0.68(核心半徑,單位 角分)

KingConcentration 2.44(聚合度)

AbsMag -10.47(絕對星等)

}

疏散星團製作如下

OpenCluster "OCS 12"(疏散星團編號)

{

RA 6.3(赤經)

Dec -2(赤緯)

Distance 37363(距日距離)

Radius 18.7(半徑,單位 ly)

}

星系製作如下

Galaxy(類型,這裡是星系)"SGC 584"(星系編號)

{

Type "E0"(星系類型,E0、E1、E2、E3、E4、E5、E6 是橢圓星系,S0 是透鏡星系,Sa、Sb、Sc 為旋渦星系,SBa、SBb、SBc 為棒旋星系,Irr 是不規則星系)

CustomTemplate "E0.png"(星系模式,有了模式 Celestia 才會顯示星系。星系模式以 PNG 圖片形式存儲在 Celestia\models 資料夾中)

RA 36.5(赤經)

Dec -37(赤緯)

Distance 3000000 (距日距離)

Radius 525000(半徑,單位 ly)

AbsMag -20.6(絕對星等)

Axis [ 0.4372 -0.7548 -0.4891 ](三軸)

Angle 25.65(星系傾角)

}

將以上代碼保存,並將擴展名改為“.dsc”放入軟體的指定目錄中,在格式完全正確的前提下,重啟 Celestia ,搜尋該天體,前往即可看到效果(括弧及括弧內的字元不要輸入)。

所有的外掛程式代碼都可以精簡一部分(例如帶有“#”字元的項。只能擇一使用的項可以根據需要刪除另一個)。

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