天文底片數(shù)字化方法研究及其應(yīng)用

摘要：天文底片的制作原材料是藥膜，天文觀測(cè)者通過長期的曝光工作使光照和輻射都較弱的星象在底片上成像，依據(jù)分析出的天象數(shù)據(jù)來測(cè)量確定天體的光度和分光光度。天文底片的珍貴性在于其所記錄的數(shù)據(jù)忠實(shí)反映當(dāng)日星象的數(shù)據(jù)，不可復(fù)制，但環(huán)境的潮濕度和避光度都會(huì)影響天文底片的保存，若保存不當(dāng)，寄存在天文底片上的珍貴數(shù)據(jù)便會(huì)跟隨時(shí)間消失。因此，國內(nèi)外都在研發(fā)將天文底片數(shù)字化的有效方法，致力于將天文底片上的數(shù)據(jù)通過掃描的形式保存下來，便于后期的取用研究。本文探討了天文底片數(shù)字化的一些方法，及其在天文研究中的有關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：天文學(xué);底片數(shù)字化;研究應(yīng)用

引言：

天文學(xué)在新世紀(jì)的發(fā)展，依靠的是提高天文觀測(cè)技術(shù)和加快天文底片的數(shù)字化進(jìn)程。國內(nèi)外常用的掃描底片保存數(shù)據(jù)的方式，使底片的數(shù)據(jù)庫得以初步建立。科學(xué)家依據(jù)數(shù)據(jù)庫中保存的天文數(shù)據(jù)進(jìn)行研究計(jì)算，使天體學(xué)和恒星運(yùn)動(dòng)學(xué)都得到了長足的進(jìn)展。由于天文底片的保存對(duì)于環(huán)境的溫度、濕度和見光程度都有嚴(yán)苛的要求，且會(huì)隨著時(shí)間的流逝而逐漸老化，所以保存天文底片的進(jìn)程刻不容緩。底片數(shù)字化能夠?qū)⑦^往累積的天文數(shù)據(jù)都聚合在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，隨時(shí)隨地為人所用，便于現(xiàn)代科技和課題的研究。目前研究如何提高掃描儀的精度和底片數(shù)字化的技術(shù)將會(huì)有利于天文底片以數(shù)字化的方式被保存。而保存后的數(shù)據(jù)又進(jìn)一步方便了天文學(xué)方面的研究計(jì)算。

一、改善計(jì)算天體底片數(shù)據(jù)的軟件

常規(guī)用來掃描天文底片的掃描儀精度不如專業(yè)的掃描儀，導(dǎo)致最后呈現(xiàn)出天體數(shù)據(jù)的精細(xì)度并不完美。現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)承接的運(yùn)算較過去有了較大進(jìn)步，制作數(shù)字化圖像的軟件也需要有進(jìn)一步的改進(jìn)，才能使得到的天體信息更為準(zhǔn)確。

改進(jìn)天體測(cè)量的軟件需要在處理圖像的這一環(huán)節(jié)中將掃描儀掃出的圖像格式轉(zhuǎn)換為更易呈現(xiàn)和傳輸?shù)膱D像，同時(shí)盡可能地提高初始圖像信息的完整度。第二，在提取圖像中星象坐標(biāo)時(shí)應(yīng)當(dāng)從多個(gè)角度對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行確定和分析，以免細(xì)節(jié)上的疏漏和誤差。第三，軟件在最后的測(cè)算階段應(yīng)當(dāng)通過對(duì)比，選取較優(yōu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

二、提高常規(guī)掃描儀精度的方法

國內(nèi)的天文學(xué)研究從19世紀(jì)開始已有百年多的歷史，所存的天文底片在上海、北京、云南等城市有三萬余張。常規(guī)掃描儀的掃描速度不能滿足大量底片數(shù)字化的需求。從現(xiàn)有常規(guī)掃描儀的性能數(shù)據(jù)看來，由于機(jī)械化的掃描運(yùn)動(dòng)必定存在不可控的因素，所掃描出的數(shù)字化圖像并不十分清晰，為提高最終圖像所呈現(xiàn)出的精度，可以從0°和90°兩個(gè)方向?qū)Φ灼M(jìn)行掃描，最后綜合處理的結(jié)果確定圖像上的星象坐標(biāo)。掃描儀工作時(shí)首先應(yīng)將底片上不重要的雜質(zhì)和標(biāo)記忽略，迅速數(shù)字化底片的星象圖像，隨后再用較高的分辨率進(jìn)行兩個(gè)角度的掃描，最后再用合適的格式記錄保存數(shù)字化的數(shù)據(jù)[1]。

三、加強(qiáng)對(duì)于天文底片的保存

盡管天文底片被保存在底片庫中，但是由于規(guī)矩和制度上的疏漏和漠視，天文底片不能得到有效的保存。一般情況下，天文底片應(yīng)當(dāng)被保存在18℃左右的環(huán)境當(dāng)中，由于藥膜上粒子對(duì)于環(huán)境溫度和濕度的敏感，還需經(jīng)常換用干燥劑來保證底片上不會(huì)產(chǎn)生霉斑。但是目前并未有明確的指令規(guī)定底片庫需要進(jìn)行定期的打掃和分類管理，所以經(jīng)常有底片霉變、沾染灰塵和分類不當(dāng)丟失的情況發(fā)生，這給天文底片數(shù)字化的進(jìn)程帶來較大的阻礙。

對(duì)于這種情況，天文臺(tái)可以建立底片維護(hù)的小組，將未收錄數(shù)據(jù)的天文底片統(tǒng)一轉(zhuǎn)移到恒溫恒濕的環(huán)境之中，并定期進(jìn)行清理和排列。專業(yè)的維護(hù)將會(huì)使珍貴的天文底片得到較長時(shí)間的保存，便于日后天文科研的取用研究。

四、天文底片數(shù)據(jù)庫對(duì)于數(shù)據(jù)的保存和處理

將數(shù)字化的天文底片信息納入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，并在數(shù)據(jù)庫之間建立聯(lián)系，天文數(shù)據(jù)將會(huì)得到永久的保存。由于數(shù)字化重新處理了星象圖像所給的信息，因此其準(zhǔn)確度大大提升。各天文臺(tái)以統(tǒng)一的格式將底片信息上傳至網(wǎng)絡(luò)，并與全球的數(shù)據(jù)相連通，科研工作者在進(jìn)行研究時(shí)可以迅速找到所需要的星象數(shù)據(jù)，并能將其和各個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出其在時(shí)間發(fā)展過程中的差距和不同，有利于對(duì)于某一衛(wèi)星或行星運(yùn)動(dòng)軌跡或動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算[2]。

數(shù)字化底片庫的重要性需要工作人員提高壓縮圖像的技術(shù)，并研發(fā)出可以支持海量數(shù)據(jù)同時(shí)存在的數(shù)據(jù)庫管理軟件，這樣才能更加完善地保證數(shù)據(jù)庫在使用過程中的穩(wěn)定性和所存數(shù)據(jù)的權(quán)威性。

五、研究討論底片掃描的相關(guān)工作

天文底片的數(shù)字化工作需要得到盡快實(shí)施，國家應(yīng)當(dāng)派遣專家進(jìn)行討論會(huì)議。專家通過對(duì)現(xiàn)存天文底片保存程度的研究，討論出天文底片掃描的先后順序，并申請(qǐng)撥款購買先進(jìn)的掃描儀。有序和及時(shí)地進(jìn)行數(shù)字化天文底片，可以從最大程度上減少由于保存不當(dāng)而報(bào)廢的底片對(duì)于科學(xué)研究所帶來的損失。

六、天文底片數(shù)字化數(shù)據(jù)的相關(guān)應(yīng)用

天文底片數(shù)字化后的信息精度較為準(zhǔn)確，它將星象圖像呈現(xiàn)的波長轉(zhuǎn)化為數(shù)字，為研究星體提供了便利的數(shù)據(jù)。如在計(jì)算土星的質(zhì)量和其運(yùn)動(dòng)的形狀參數(shù)時(shí)，可以在數(shù)據(jù)庫中找尋有關(guān)土星衛(wèi)星軌道的數(shù)值，根據(jù)衛(wèi)星力學(xué)模型進(jìn)行精密的分析。數(shù)據(jù)庫中的觀測(cè)資料包括相片和其他參照星的位置，方便研究者進(jìn)行統(tǒng)一的對(duì)比，由此最終得出土星的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。同理，數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息可以應(yīng)用于其他天體的研究當(dāng)中。

七、結(jié)束語

天文學(xué)的研究在近代仍有較大的發(fā)展空間，而研究天文學(xué)的初始天文底片資源不應(yīng)當(dāng)是為個(gè)人所獨(dú)有的，而應(yīng)該貢獻(xiàn)出來上傳到公有的資源庫方便研究者取用。數(shù)字化天文底片可以使天文信息突破時(shí)間和空間的限制長久地被保存下來，使科研工作者能得到最大的便利進(jìn)行天體研究，促進(jìn)國家天文事業(yè)的發(fā)展。在數(shù)字化天文底片的進(jìn)程當(dāng)中仍然遇到一些阻礙，如天文底片的保存不得當(dāng)使底片被毀、掃描儀無法清晰地記錄天文圖像、落后的計(jì)算處理軟件不足以支持?jǐn)?shù)據(jù)的保存和傳輸?shù)龋枰蒲泄ぷ髡吒倪M(jìn)數(shù)字化的方法和計(jì)算軟件，加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存天文數(shù)據(jù)的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 嚴(yán)丹.天文底片數(shù)字化方法研究及其應(yīng)用[D].2016.

[2]?? 佚名.天文底片保存和我國天文底片數(shù)字化的建議[J].天文學(xué)進(jìn)展，2007（01）：3-14.

本文系西華師范大學(xué)2018年省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“基于西華師大50厘米望遠(yuǎn)鏡開展星團(tuán)變星研究”的階段性成果。

項(xiàng)目編號(hào)：201810638067

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：劉嘯洋

項(xiàng)目學(xué)校：西華師范大學(xué)