Спектроскопия звезд на БТА: вклад информатики Клочкова В.Г., Панчук В.Е. Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Ставропольский государственный университет

Вклад методов информатики в задачи звездной спектроскопии Техника спектроскопических наблюдений Цифровая обработка спектрограмм Численное моделирование звездных спектров Численное моделирование спектральной аппаратуры

Исходные позиции (наблюдения с цифровой регистрацией) Одноканальные фотоэлектрические системы регистрации

Проблемы цифровой регистрации спектров Осуществлялась только оцифровка одноканальных приемников, которые в астрономической спектроскопии использовались для узкого класса задач. Промышленные системы оцифровки фотоматериала (микроденситометры) только создавались. Многоканальные фотоэлектрические приемники с «астрономическими» параметрами отсутствовали. Специалисты отсутствовали.

Исходные позиции (модели атмосфер) От ЭЦВМ «Промiнь» (100 команд, «на спицах»), через «Наири» (1000 ячеек), до «М220» (8000 трехадресных команд). Динамические операции с МБ. Низкая надежность носителей на МЛ.

Проблемы моделирования спектров. I. Доминирование школы «переносчиков». Различные типы ЭВМ. Непригодность ни одной из ЭВМ для заимствования зарубежных кодов. Персонификация технологий моделирования звездных атмосфер. В 1974г. была создана рабочая группа «Звездные атмосферы», с задачами: 1) унификация алгоритмов, поиск быстрых алгоритмов; 2) переход на ЭВМ ЕС. Объединение наблюдателей и теоретиков в области звездной спектроскопии (Казань, Одесса, Тарту, Крым, САО, Ростов, Киев). Ежегодные совещания, с географией от Прибалтики до Памира. Признание рабочей группы Астросоветом (1981?).

Проблемы моделирования спектров. II. The programs listed in this report can be obtained on magnetic tape by sending a tape at least 600 feet long to Robert L. Kurucz, Smithsonian Astrophysical Observatory, 60 Garden Street, Cambridge, Massachusetts The tape will be written in BCD card images at 800 bpi. В.В.Цымбал, 1973.

Вычислительный центр САО. М222 Основные пользователи: Алексеев, Витковский, Горохов, Кононов, Коровяковский, Лебедев, Панчук, Снежко, Соколов, Щербановский. Моделирование интегральных характеристик спектральных линий (т.к. для сравнения теоретических и наблюдаемых профилей величина спектрального разрешения и S/N фотографического материала были недостаточными). Первые (в СССР) расчеты синтетических спектров («от линии к линии», 1.5 млн линий). Расчеты моделей атмосфер холодных звезд, с итерациями температурного распределения.

Штатная спектральная аппаратура БТА 4 спектрографа, с фотографической регистрацией или с регистрацией ЭОП+фото. Самодельные средства аналоговой обработки (фотометр в интенсивностях, осциллоскопический измеритель лучевых скоростей). Слабые возможности оцифровки и, следовательно, невозможность применения фильтрации и корреляционных методов. Значительная часть спектроскопистов обходилась без использования ЭВМ. Потеря архивов (увозили внешние заявители).

Наблюдения и теория (несоответствие) Астрономы были ограничены в средствах регистрации с высокой чувствительностью. Наблюдались преимущественно горячие звезды, как более доступные (фотографическому методу) в составе звездных группировок. Надежных данных по штарковскому уширению линий легких элементов было мало. Отсюда слабые возможности адекватного моделирования профилей линий легких элементов в спектрах горячих звезд (до конца 80-х). Отсутствие моделей химически пекулярных звезд (до 90-х).

Итоги фотографического периода Спектроскопические обзоры (непревзойденные до сих пор), звезд в группировках (Клочкова). Эволюция аномалий химического состава и эволюция поверхностного магнитного поля. Обнаружение дисперсии химического состава в рассеянных звездных скоплениях (КП). Групповой метод моделей атмосфер (КП). Каталоги результатов обработки наблюдений. Базы атомных констант. Все наши наблюдения сохранены (фотоархив) и, много позже, оцифрованы (проект РФФИ в).

Электронная камера…

Цифровые методы регистрации Телевизионный счетчик фотонов – промежуточная память вне ЭВМ. Использовался на спектрографах среднего разрешения. Результаты наблюдений оставались без последующего численного моделирования спектров. Расслоение спектроскопистов на «технически прогрессивных» (сканер) и консервативных (фото).

КВАНТ Двумерные системы счета фотонов. Первое применение спектрографов скрещенной дисперсии (2-е поколение). Вся (!) обработка выполнялась в САО (СМ-4). Проблемы хранения (ЕС1035). Архив двумерных изображений и векторов.

Robotron…

Почему система КВАНТ оказалась малопродуктивной для спектроскопии звезд? Скорость счета фотонов - не выше 0.5 события на канал в секунду. Время накопления – не более одного часа (из-за нестабильностей источников питания ЭОП, влияния внешнего магнитного поля, помех). Низкое отношение S/N в одном канале. Полное отсутствие средств обработки. Не все исследовательские группы согласились на использование КВАНТа (т.к. большинство задач было сформулировано в «доКВАНТовый» период).

Итоги этапа применения счетчиков фотонов Как и в фотографический период, основные потери происходили из-за распределения функций между подразделениями (наблюдения, техническая поддержка светоприемников, системы сбора, системы хранения). Но даже при таком распределении, нагрузка на астрономов-наблюдателей возросла, а их число уменьшилось в 3-4 раза. Число методов наблюдений возросло (т.к. часть «звездников» осталась на прежних позициях). Необходимость замены средств АСУ БТА в Н2 (шумящие элементы).

Эра ПЗС (с 1990) По внедрению ПЗС в спектроскопические наблюдения звезд мы отстали от Крымской АО на 4 года. Зато у нас все было своё. После КВАНТа мы психологически и квалификационно были готовы продолжать строительство новых спектрографов, под ПЗС. Среди астрономов появились программисты, обслуживающие научные интересы команд. Появилась автономия по вычислительным средствам. (АТ286, одна на всех). Разделение функций между астрономами и ОИ.

ПЭВМ и модели атмосфер Перенос алгоритмов расчета моделей атмосфер и синтетических спектров, на ПЭВМ, начиная с АТ386. Отказ от интерполяций между узлами сетки моделей (просто рассчитывалась модель с данными параметрами). Проблема операционных систем. И снова В.В.Цымбал. Распространение методов анализа среди заявителей БТА, сразу после приобретения последними соответствующей техники. Формирование спектроскопической «элиты»: БТА плюс эшелле-спектрограф плюс ПЗС плюс модели атмосфер.

Лаборатория спектроскопии звезд (1991) Концентрация всех функций, обеспечивающих астрофизический результат: создание и эксплуатация спектрографов 3-го поколения, выполнение большого объема наблюдений, полная обработка результатов наблюдений, количественная интерпретация методом моделей атмосфер. Подготовка автономных внешних заявителей.

Работы последнего десятилетия Эшелле-спектрограф с большим диаметром коллимированного пучка (НЭС) Локальный корректор ЕвроМатрица ПЗС 2Кх2К. Спектрополяриметрия. Системы обработки спектров. Архивы наблюдений. Расчет и проектирование оптических систем. Автоматизация наблюдений. Моделирование спектров. Новые принципы спектроскопии.

Можем ли самостоятельно обеспечить весь технологический цикл? Проектирование спектроскопической аппаратуры (ЛА) Сложные системы регистрации (ЛПР) Управление экспериментом (ЛОН, ОИ) Нетривиальная обработка спектров (ЛА) Трехмерное моделирование атмосфер (СГУ)

Благодарности Работы по информационному обеспечению спектроскопических исследований звезд на БТА поддержаны РФФИ, проекты: в, в, а. Благодарим за внимание