Celestia: Виртуальное путешествие по Вселенной

Введение

Компьютерная программа астрономии Celestia — это программа для астрономии в реальном времени, созданная в 2001 году Крисом Лорелем. Программа позволяет пользователям виртуально путешествовать по Вселенной и исследовать каталогизированные небесные объекты. Celestia также функционирует как планетарий, но пользователь не ограничен поверхностью Земли, в отличие от других программ-планетариев, таких как Stellarium. Celestia может отображать объекты различных масштабов, используя OpenGL. Celestia доступна для AmigaOS 4, Linux, macOS, Microsoft Windows, Xbox, iOS и Android. Это свободное программное обеспечение с открытым исходным кодом, распространяемое под лицензией GNU General Public License. Разработка Celestia была приостановлена в 2013 году, а последний релиз состоялся в 2011 году. После этого часть команды разработчиков перешла к работе над Celestia.Sci — космологическим визуализатором с более реалистичной визуализацией галактик и планет, гравитационным линзированием и множеством других научно точных улучшений, однако с 2020 года информация о прогрессе программы не обновлялась. Крис Лорел, первоначальный создатель Celestia, вскоре после остановки разработки Celestia основал Fifth Star Labs и начал работу над приложением-планетарием Sky Guide для iOS. В конце 2016 года официальные форумы Celestia были восстановлены, и разработка возобновилась под руководством новой команды. По состоянию на 2018 год доступны бета-версии 1.7.0, а также релизы с исправлениями ошибок 1.6.2 и 1.6.3, выпущенные в 2020 и 2023 годах соответственно. Celestia была портирована на мобильные устройства в 2020 году и продолжает получать обновления и экспериментальные бета-версии. Celestia доступна для загрузки с официального сайта celestiaproject.space, а также на множестве сайтов, предлагающих бесплатное программное обеспечение. В период с 2001 по май 2017 года бывший центральный дистрибутив SourceForge зарегистрировал около 12 миллионов загрузок.

Ограничения

По умолчанию Земля в Celestia представлена сфероидом. Неровная поверхность Земли приводит к тому, что спутники низкой околоземной орбиты кажутся расположенными неверно на небе при наблюдении с поверхности, даже если учтена сплюснутость Земли, поскольку Celestia не моделирует трёхмерные поверхности. Многие типы астрономических объектов не входят в стандартную поставку Celestia. Переменные звёзды, сверхновые, чёрные дыры и туманности отсутствуют в стандартном дистрибутиве. Многие из них доступны в виде дополнений. Хотя объекты, входящие в состав планетной системы, движутся, а звёзды вращаются вокруг своих осей и обращаются друг вокруг друга в многозвёздных системах, собственные движения звёзд не моделируются, а галактики остаются неподвижными. В результате созвездия в Celestia не меняют свою форму постепенно, как это происходит в реальном мире. Кроме того, каталоги двойных звёзд Celestia содержат описание лишь нескольких сотен систем, состоящих из нескольких звёзд. Большинство двойных звёздных систем невозможно смоделировать со 100% точностью из-за отсутствия достаточной информации об их орбитах. Celestia не включает звёзды, находящиеся на расстоянии более нескольких тысяч световых лет от Солнца, поскольку параллакс более далёких звёзд слишком мал для точного измерения астрометрическим спутником Hipparcos. Однако, с добавлением данных Gaia в версии 1.7.0, в программу включены звёзды, удалённые до Галактического центра. Кроме того, объекты в звёздных системах отображаются только на расстоянии до одного светового года от родительской звезды, за пределами этого расстояния они просто не будут отрисованы. Аналогично, в версиях 1.6.3 и ниже существует ограничение на отрисовку звёзд на расстоянии 10 миллионов световых лет, которое было увеличено до 1 миллиарда световых лет в версии 1.7.0. Звёзды, находящиеся за пределами этого ограничения, не отрисовываются, а звёзды, близкие к пределу отрисовки в версии 1.7.0, подвержены ошибкам вычислений с плавающей точкой, что приводит к неточности их положения. Наконец, Celestia не учитывает качание некоторых звёзд, вызванное их планетами, если только это качание не является достаточно заметным. Фильтрация по длине волны не реализована в движке Celestia. Отрисовка стремится максимально точно соответствовать человеческому зрению в точке наблюдения. Это означает, что карты ложных цветов и многоцветные туманности не входят в официальный дистрибутив, но многие из них доступны в виде дополнений. Артефакты камеры, такие как блики и ореолы, не отрисовываются. Celestia также не моделирует гравитацию. Например, околоземный объект, приближающийся к Земле, не будет отклоняться её гравитацией, если разработчик траектории этого объекта для Celestia не учёл этот эффект. Некоторые спутники не отбрасывают тени на свою планету во время затмений. Это связано с тем, что объекты неправильной формы не отбрасывают тени в текущей версии Celestia, хотя эта функция планируется к реализации в будущих версиях. Кроме того, спутники, размер которых меньше 0,5% от размера их родительской планеты, вообще не отбрасывают тени, поскольку первоначальная команда разработчиков посчитала, что они слишком малы, чтобы иметь значение. Однако новая команда разработчиков рассматривает возможность отмены этого жёсткого ограничения. Большинство реальных космических аппаратов, таких как Voyager 2, недоступны в Celestia, но предоставляются пользователями в виде дополнений. Кроме того, большинство космических аппаратов, включённых в Celestia 1.6.3, используют устаревшие или некачественные модели, например, стандартная модель станции «Мир», которая очень проста и мало детализирована, и стандартная модель МКС, которая не обновлялась с 2007 года, поэтому в ней отсутствуют многие модули, добавленные к МКС с тех пор. Однако существует множество дополнений, заменяющих эти модели на более качественные и современные. К счастью, в финальном релизе версии 1.7.0 будут использоваться улучшенные модели. Celestia использует юлианский календарь и не может отображать время раньше, чем 2 миллиарда лет назад или позже, чем 2 миллиарда лет в будущее, а система установки времени по умолчанию ограничена годами 9999 и 9999.

The default setting for Celestia's Earth is a spheroid. The irregular surface of the Earth causes low Earth orbit satellites to appear to be in the wrong places in the sky when watched from the surface, even when the Earth's oblateness is specified, as Celestia does not simulate 3D surfaces. Many types of astronomical objects are not included with Celestia. Variable stars, supernovae, black holes, and nebulae are missing from the standard distribution. Many of these are available as add ons. Although objects that form part of a planetary system move, and stars rotate about their axes and orbit each other in multiple star systems, stellar proper motion is not simulated, and galaxies are at fixed locations. As a result, the constellations in Celestia do not gradually change shape as they do in the real world. In addition, Celestia's binary star catalogs only describe a few hundred systems of multiple stars. Most binary star systems cannot be simulated with 100% accuracy because adequate orbital information is not yet available. Celestia does not include any stars that are more than a few thousand light years from the Sun because the parallaxes of more distant stars are too small to be accurately measured by the Hipparcos astrometric satellite. However, with the addition of Gaia data in 1.7.0, stars as far away as the Galactic Center are included. In addition, objects in star systems are only drawn to a distance of one light year from their parent stars, any further and they will simply not be rendered at all. Similarly, there is a render limit for stars at 10 million light years in versions 1.6.3 and under, increased to 1 billion light years in 1.7.0. Any stars beyond that limit are not rendered, and stars that are close to the 1.7.0 render limit experience floating point errors, meaning their position is inaccurate. Finally, Celestia does not consider the wobbling of some stars induced by their planets, unless said wobbling is very noticeable. Wavelength filtering is not implemented in Celestia's engine. The actual rendering tries to match human vision at the observer's position as accurately as possible. This means false color maps and multi color nebulae are not part of the official distribution, but many are available as add ons. Camera artifacts such as lens flare and glare are not rendered. Celestia also does not simulate gravity. For example, a near Earth object approaching the Earth will not be deflected by the Earth's gravity unless the person who defined the NEO's trajectory for Celestia included that effect. Some moons do not cast shadows on their planet during eclipses. This is because irregularly shaped objects do not cast shadows in the current version of Celestia, although this is planned for future versions. Additionally, moons smaller than 0.5% of their parent objects' size do not cast shadows at all, as the original development team decided that they would be too small to be relevant. However, the new development team has considered removing this hard coded limit. Most real world spacecraft such as Voyager 2 are not available in Celestia but are provided as add ons by users. Additionally, most of the spacecraft included with Celestia 1.6.3 use outdated or low quality models, such as the stock Mir model which is very basic and barely detailed, and the stock ISS model which hasn't had an update since around 2007, meaning it is missing a lot of modules that have been added to the ISS since then. However, there are many add ons that replace these models with higher quality and more up to date ones. Fortunately, version 1.7.0 will include better models upon its final release. Celestia uses the Julian calendar and cannot go back or forward more than 2 billion years, and the default time setting system cannot go further than the years 9999 or 9999.

Дополнительные элементы

В дополнение к базовой программе доступно более 80 ГБ расширений, созданных активным сообществом пользователей. Для большинства тел Солнечной системы доступны поверхностные текстуры с более высоким разрешением, включая виртуальные текстуры с покрытием шириной до 32768 пикселей (1,25 км/пиксель на экваторе Земли), с выборочным покрытием в ещё более высоком разрешении. Это позволяет рассмотреть более детально хорошо изученные объекты, для которых доступны виртуальные текстуры высокого разрешения. Доступны 3D-модели исторических и действующих космических аппаратов, движущихся по достаточно точным траекториям, такие как «Спутник-1», «Вояджер-2», космический телескоп «Хаббл» и Международная космическая станция, а также расширенные графики данных для звёзд (2 миллиона с корректными пространственными координатами), объектов глубокого космоса (туманности, галактики, рассеянные скопления и т. д.), каталоги астероидов и комет, и программа может отображать более 96 000 мест на Земле. Расширения также включают другие объекты, такие как красные и голубые сверхгиганты, красные и коричневые карлики, нейтронные звёзды, вращающиеся пульсары, вращающиеся чёрные дыры с аккреционными дисками, протозвёзды, звёзды Вольфа — Райе, туманности звёздных яслей, остатки сверхновых, планетарные туманности, галактическое красное смещение, геологические отображения планет (например, 3D-интерьеры, топографические и батиметрические карты, палеогеография), планетарные полярные сияния, вращающиеся магнитные поля, анимированные солнечные протуберанцы, 3D-кратеры и горы, а также исторические события столкновений (как космических аппаратов, например, Deep Impact и DART, так и метеоритных, например, челябинский метеорит). Доступно множество сценариев, включая простые туры, реконструкции сложных космических миссий, таких как Cassini–Huygens и Deep Impact, а также сценарии, демонстрирующие полезную информацию, например, сравнение размеров, или конкретные события, такие как множественные одновременные затмения спутников Юпитера или эволюция звезды. Можно воссоздавать вымышленные вселенные с планетарными системами и 3D-моделями — фильмы, такие как «2001 год: Космическая одиссея», «Звёздный путь» и «Звёздные войны», и телесериалы, включая «Звёздные врата: SG-1» и «Вавилон-5». Добавляются расширения, иллюстрирующие менее известные произведения сетевой фантастики, такие как «Орион», или ролевые игры, такие как 2300 AD, а также персональные работы членов сообщества Celestia, изображающие вымышленные планетарные системы с обитаемыми мирами, космическими кораблями, городами и спецэффектами. Образовательные расширения могут быть реализованы на разных языках. Все эти возможности обеспечивают около 40 часов космических путешествий и астрономических уроков, включая обширные туры по вселенной Celestia, полный жизненный цикл звёзд, Солнечную систему, программу исследования космоса человечеством, поиск внеземного разума (SETI) и отображение астрономических событий, таких как формирование Луны миллиарды лет назад и возможное терраформирование Марса в будущем. В середине 2016 года был создан крупный проект расширения под названием Celestia Origin, который заменяет все стандартные текстуры и графику более качественными рендерами, добавляет больше мелких объектов, таких как TNO и астероиды, а также больше экзопланет с пользовательскими текстурами, больше туманностей с полноценным 3D и точными моделями, больше звёзд и галактик, больше звёздных скоплений, больше космических аппаратов и множество других улучшений. В 2019 году участник Celestia Forum FarGetaNik создал пакет расширений под названием Project Echoes, который включает в себя рендеры более высокого качества, заменяющие все стандартные текстуры. Celestia 1.7.0, по-видимому, использовала Project Echoes в качестве источника вдохновения для своих текстур.

Well over 80 GB of extensions are available in addition to the base program, produced by an active user community. Higher resolution surface textures are available for most Solar System bodies, including Virtual Textures with coverage up to 32768 pixels wide (1.25 km/pixel at the Earth's equator), with selected coverage at higher resolutions. This allows closer views of well mapped objects that have high resolution VTs available for download. 3D models of historical and existing spacecraft are available flying in reasonably accurate trajectories, such as Sputnik 1, Voyager 2, the Hubble Space Telescope, and the International Space Station, as are extended data plots for stars (2 million with correct spatial coordinates), DSOs (nebulae, galaxies, open clusters, etc. ), as well as catalogs of asteroids and comets, and more than 96,000 locations on the Earth can be drawn by the program. Add ons also include other objects such as red and blue supergiants, red and brown dwarfs, neutron stars, spinning pulsars, rotating black holes with accretion disks, protostars, Wolf Rayet stars, star nursery nebulae, supernova remnants, planetary nebulae, galactic redshifts, geological planetary displays (e. g. 3D interiors, topographic and bathymetric maps, paleogeography), planetary aurorae, rotating magnetic fields, animated solar prominences, 3D craters and mountains, and historic collision events (Either spacecraft such as Deep Impact and DART, or meteoric impacts such as the Chelyabinsk meteor). Numerous scripts are available. These include simple tours, reconstructions of complex space missions such as Cassini–Huygens and Deep Impact, and scripts showing useful information, like size comparisons, or particular events such as multiple simultaneous eclipses of Jupiter's moons or the evolution of a star. Fictional universes can be depicted, with planetary systems and 3D models—films such as 2001: A Space Odyssey, Star Trek and Star Wars, and TV shows including Stargate SG 1 and Babylon 5. Add ons illustrating less well known internet fiction, like Orion's Arm, or role playing games, like 2300 AD, and personal works by members of the Celestia community depicting fictional planetary systems with inhabited worlds, spacecraft, cities, and special effects can also be added. Educational add ons can also be implemented in different languages. These activities provide approximately 40 hours of space journeys and astronomical lessons to include extensive tours of the Celestia universe, the complete life cycle of stars, the Solar System, the human space program, the Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI), and depictions of astronomical events such as the formation of the Moon billions of years ago, and the possible terraforming of Mars in the future. In mid 2016, a large addon pack project called Celestia Origin was created, which replaces all vanilla textures and graphics with higher quality renderings, adds more minor objects such as TNOs and asteroids, while also adding more extrasolar planets with custom textures, more nebulae with full 3D and accurate models, more stars and galaxies, more star clusters, more spacecraft, and a ton of more enhancements. In 2019, Celestia Forum member FarGetaNik created an addon pack called Project Echoes, featuring higher quality renderings that replace all vanilla textures. Celestia 1.7.0 appears to use Project Echoes as inspiration for its textures.

Использование в СМИ

NASA и ESA использовали Celestia в своих образовательных и просветительских программах, а также для взаимодействия с программным обеспечением анализа траекторий. Французское космическое агентство (CNES) создало в 2016 году сильно модифицированную версию Celestia под названием VTS Timeloop, которая с тех пор используется рядом космических агентств, включая ESA и CNES. Celestia была использована в телесериале NCIS (4 сезон, 22 эпизод: "В темноте") телеканала CBS. Персонаж Тимоти МакГи объясняет, что такое Celestia и как с помощью дополнения пользователь может вести дневник внутри программы. Текстуры, созданные художниками Celestia, были использованы в фильме "День послезавтра" и мини-сериале "Штамм Андромеды" 2008 года. Celestia также появлялась в программе "Врата во Вселенную" на канале Science Channel. Джим Россиньоль из Eurogamer включил Celestia в список 20 лучших бесплатных PC-игр лета 2006 года.