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虚拟天文台 : 科学 , 工具及应用

The Chinese V IRTUAL O BSERVATORY. 虚拟天文台 : 科学 , 工具及应用. 张彦霞 国家天文台 2005.11.25 于威海. 科学杂志. Science, 293, 2037 （ September 2001 ）. 自然杂志. Nature, 420, 262 (21 Nov 2002). ADS 搜索. 题目 : virtual observatories 26570 摘要 : virtual observatories 71043. Science. Tool.

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虚拟天文台 : 科学 , 工具及应用

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Presentation Transcript

  1. The Chinese VIRTUAL OBSERVATORY 虚拟天文台: 科学, 工具及应用 张彦霞 国家天文台 2005.11.25于威海 name/org/meeting

  2. 科学杂志 Science, 293, 2037（September 2001） name/org/meeting

  3. 自然杂志 Nature, 420, 262 (21 Nov 2002) name/org/meeting

  4. ADS搜索 • 题目: virtual observatories 26570 摘要: virtual observatories 71043 name/org/meeting

  5. Science Tool name/org/meeting

  6. 为什么 VO 具有很好的应用前景？ • 技术的革新是科学快速增长的驱动器 • 天文学历史上不凡这样的事例: • 六十年代电子技术和空间科学的发展，导致一批新天体或现象的发现：类星体, 宇宙微波背景辐射, x射线天文学的兴起, 脉冲星, GRBs, … • 八十年代到九十年代计算机技术和探测器技术的发展：星系的形成和演化, 太阳系外行星,宇宙微波背景辐射的扰动, 暗物质和暗能量，GRBs, … • 二十年代至今，信息技术的飞速发展，是否预示天文学发现的下一个黄金时代的到来? VO正是加速这一发现时代的载体！ name/org/meeting

  7. VO科学目标 • 系统的数据探索 • 宇宙的大尺度结构和银河系结构 • AGN物理和演化 • 低表面亮度星系 • 以前探索很少的观测参数空间 • 变化探索 - 时间域（超新星, GRBs, 暂源，变星等） - 波长 - 流量 • 稀有或未知天体或新现象的发现 • 巨型的数值模拟与观测数据的对比 • 多波段天文学，统计天文学和交叉学科的发展 name/org/meeting

  8. 可能的基于VO项目 • AGN的全波段观测及其演化 • 多波段的交叉证认, 从射电波段到x射线波段 • 理解选择效应 • 昏暗效应, II型AGN, 全面的普查 演化和净能量，弥散的背景 • 我们银河系的空间结构图 • 相关的巡天：可见光到近红外 (恒星),远红外到射电波段(ISM) • 恒星，气体，灰尘，SFR… 等的3维图像 • 自行和气体的速度: 6维相空间图像 星系的结构，动力学和形成 • 星系团作为LSS及其演化的探针 • 星团的选择方法: 星系密度, x射线, S-Z效应 … • 理解选择效应 探索LSS演化和宇宙学 name/org/meeting

  9. 基于VO的类星体研究 • Sloan：60000条 quasar光谱 • 用含有173个参数的模型 • 来拟合每一条光谱的线宽， • 从而导出黑洞的质量 • 每条光谱需要1 cpu-hour • 用Teragrid来实现 name/org/meeting

  10. 探索新的观测参数空间：时间域 Faint, Fast Transients (Tyson et al.) • 已存在和即将运行的巡天:  微引力透镜试验 (OGLE, MACHO…) • 太阳系巡天, GRB寻找 …  DPOSS底片重叠 (Mahabal et al.) •  在帕拉玛的QUEST-2和NEAT项目… •  将来的:LSST ? Megaflares on normal MS stars (DPOSS) name/org/meeting

  11. 图像域的数据挖掘: 借助模式识别方法我们是否可以发现新的现象? (每一种方法都有自己的偏差和极限) – 源的形态和环境有效的参数化 – 多尺度分析(也可以用在时间域和光变曲线领域) name/org/meeting

  12. 观测参数空间探索和搜寻稀有的或新类型的天体观测参数空间探索和搜寻稀有的或新类型的天体 name/org/meeting

  13. 例子: SDSS + 2MASS name/org/meeting

  14. 多波段交叉证认发现新的天体 可能的褐矮星 可能的高红移类星体 z z JHK JHK i r i r name/org/meeting

  15. 图像融合 X-Ray 2-10keV (HEAO-1, NASA) Gamma-Ray (N. Gehrels et.al. GSFC, EGRET, NASA) X-Ray 0.25, 0.75, 1.5 keV (S. Digel et. al. GSFC, ROSAT, NASA) Ultraviolet (J. Bonnell et.al.(GSFC), NASA) Visible (Axel Mellinger) Infrared (DIRBE Team, COBE, NASA) Radio 1420MHz (J. Dickey et.al. UMn. NRAO SkyView) Radio 408MHz (C. Haslam et al., MPIfR, SkyView) name/org/meeting Gamma-Ray >100MeV (CGRO, NASA)

  16. 多波段不同形态图像的拼接 DPOSS-2MASS图像拼接 J F N J H K J F N J H K 星系证认, 星系团 用形状和颜色进行模式匹配 name/org/meeting

  17. 9 Million star CM diagram of the LMC 100,000 new variables - some with unknown physics 统计的重要性 name/org/meeting

  18. 促进新的发现 • 新的发现? • 在边界或边缘处 • 视场更深, 收集更多的数据, 用更多的颜色…. • 梅特卡夫定律 • 网络的价值与联网的用户数的平方成正比：O(N2) • 融合数据 • N个数据库的融合：O(N2) • 新发现的可能性增长：O(N2) • 现有的巡天资料已证实了这点 • 早期的来自SDSS, 2MASS, DPOSS的发现 name/org/meeting

  19. 促进新的发现 • 概念的发现:如相对论, QM, 膜视界（Brane World）,暴涨…， 观测可以促进理论的发展 • 现象的发现:如暗物质, 类星体, GRBs, CMBR, 太阳系外行星, 模糊宇宙… 经验可以推出理论，也可以被理论所引导 新技术 理论 观测上的发现 IT/VO (VO) 现象的发现:  沿着某些参数空间VO是有用的  新的联系(如多波段信息)VO可以起关键作用 理解复杂的天体物理现象要求复杂的信息数据（和数字模拟）？ name/org/meeting

  20. VO优越性 • 促进新的科学，做更多更好的科学，做起科学来更便利 • 来自多种仪器的数据的对比研究 • 产生和促进一些基于大型数据的定量的新科学 • 促使基于大型数据的科学更加便利 效率放大器 • 应用新的方法进行研究，研究融合数据产生单独的数据所不能具有的价值（如多波段，多尺度，多时期的数据），加强了发现以前根本不可能发现的能力 • 通过对一些超过通常证认极限的数据（R>25）， 虚拟天文台可以作边缘科学 • 利用多波段信息，对源进行统计证认 name/org/meeting

  21. VO优越性 • 减小冗余:单一望远镜/仪器收集的数据可以被不同的研究者从事不同的科研目标时多次重复使用 • 数据整合:数据以统一的方式存档保证长期的科学使用 • 提高标准并创建更高一级的数据产品，使数据更好地为科学服务 name/org/meeting

  22. VO优越性 • 数据库的互操作: • - 加强与其他数据库，星表，摘要服务的联系并与文献相联 • 提高计算机，网络，数据压缩和存储技术: - 以更低的代价来提取和分析更多的数据和信息 • 有效地为公众提供数据服务: • - 终端用户的层次各不相同，从专业的天文学家到感兴趣的高中生和富有热情的业余爱好者 • 用新的软件工具进行数据挖掘，挖掘新表中的天体的性质: - 驱动针对某一时期的科学问题的更高一级的科学研究 name/org/meeting

  23. VO优越性 ●提高创建新的地面或空间项目的从准备，发展到最终的建立的效率 ● 最优化各个大项目的科学产出 ● 提高和完善新的观测计划 ● 实现真实数据与模拟数据的对比–为新的想法，新的模型，新的物理提供反馈 • ● 天文学家不需太多努力便可借助虚拟天文台工具研究观测参 • 数空间的新的区域 • ● 提供研究和发展的驱动器，应用试验床，同时带动相关学科 • 的发展（如IT，统计学，数据库等） name/org/meeting

  24. VO更广的科学和社会效益 • 专业水准的提高：任何科学家和学生通过互联网就可以做出一流的科学 拓宽了参与天文学研究的群体，使该学科更具民主性。 • 交叉学科的互相促进 -虚拟天文台所面临的挑战，在其他学科也面临同样的课题。 -智慧上的交叉成果可以反馈到IT/CS界 • 教育和公众教育 -无论从内容，地理分布上还是社会领域等各个层面都 提供了史无前例的机遇。 -天文学是IT/CS教育的磁铁 “群众教育的武器” name/org/meeting

  25. 工作组 Data Access Layer Data Modeling Meta Data (UCD) Registry Stds. & Processes VOEvent VO Query Language VOTable Web & Grid Service Ivoa执行委员会 秘书, Doc. Coord. (ivoa.net) 技术协调组 兴趣组 Applications - Data CP - GGF Astro-RG - Theory 国际虚拟天文台工作的机制 name/org/meeting

  26. VO 体系结构 name/org/meeting

  27. 虚拟天文台工具 工具开发和发展的原则： ●现有工具开发为面向虚拟天文台的工具 ●直接开发面向虚拟天文台的工具 ● 工具在VO中的有效集成 name/org/meeting

  28. 数据库 • DB2 • Oracle • Sybase • Postgres • MySQL 支持空间查询： name/org/meeting

  29. SAADA • 天文学家可以很容易地创建自己的数据库（图像，光谱，星表…）的工具，尽可能地使创建数据库的过程自动化。 • 该工具的功能包括java代码的生成，数据上传，自动的网页界面连接和一些其他的互操作特征。天文学家很容易建立记录之间的相关连接，使数据库富有科学内容。数据可以通过网页界面或处理过程获得。通过应用程序界面， SAADA 可以按照VO标准与外部的数据库互操作，也将可以进行一些条件限制的查询。 • http://amwdb.u-strasbg.fr/saada/ name/org/meeting

  30. 数据融合工具和整合工具 • VizieR（数据融合） • Aladin（数据整合） name/org/meeting

  31. 交叉证认工具 • NameVersionStatusRequirementsStandaloneWeb AppletLicenseVO ReadyNotes • VizieR ? 成熟 无 否 是 免费 是 • Open SkyQuery 1.16 成熟? 无 否 是 免费 是 • Aladin 3.026 成熟 Java 是 是 免费 是 • TOPCAT 1.5 成熟? Java 是 否 免费 是 • AstroGrid X-Corr/ Federation prototype ? ? 无 name/org/meeting

  32. 数据分析和挖掘工具 NameVersionStatusRequirementsStandaloneWeb AppletLicenseVO ReadyNotes R 2.1.0 成熟 无 是 否? 免费 否 可扩展的 统计软件包 Mirage 0.3+ Beta Java 是 否免费 是 需要 VOTable/Registry 和 FITS插件 name/org/meeting

  33. 数据挖掘项目 • 天文神经网络（EURO-VO） http://people.na.infn.it/~astroneural/ • GRIST: 基于网格的天文数据挖掘（NVO） http://grist.caltech.edu/index.html name/org/meeting

  34. ClassX • ClassX: US-VO和GAVO合作 • 几个大的巡天数据 • X射线: ROSAT (BSC + FSC) • 可见光: SDSS, USNO B1.0 • 红外: 2MASS • 射电: FIRST, NVSS, SUMSS • 多波段VO应用 name/org/meeting

  35. 测红移工具 测红移的方法: • HyperZ http://webast.ast.obs-mip.fr/hyperz/ • ANNz http://www.ast.cam.ac.uk/~aac/ • BayesZ http://adcam.pha.jhu.edu/~txitxo/bayesian.html name/org/meeting

  36. 光谱相关工具 • VOSED http://sdc.laeff.esa.es/vosed/ • Specview: http://www.stsci.edu/resources/software_hardware/specview name/org/meeting

  37. Comparison of observational and theoretical spectra using VOSpec Model data scaling name/org/meeting

  38. 可视化工具 • VO版本的多维可视化工具xmdv-lite http://software.astrogrid.org/votech/ds6/xmdv/ • GGobi 数据可视化系统 http://www.ggobi.org/ • 多变量可视化系统XGobi http://www.research.att.com/areas/stat/xgobi/ • XmdvTool http://davis.wpi.edu/~xmdv/ • 开源的可视化数据探测器 http://www.research.ibm.com/dx/ • 可视的数据挖掘和数据库研究系统http://www.dbs.informatik.uni-muenchen.de/dbs/projekt/visdb/visdb.html • 在线的信息可视化环境库 • http://otal.umd.edu/Olive/ name/org/meeting

  39. 可视化工具 -- SkyWalker 在一个网页内发布巨大图像的方法http://www.g-vo.org/portal/tile/home/external/extern-soft/skywalker/index.jsp -- SkyView(Internet VO) 网络虚拟天文台可以浏览从射电波段到Gamma波段的天空的任何一部分图像 http://skyview.gsfc.nasa.gov/ -- PMViewer可视化N体模拟的数字模拟结果,例如： * GADGET：无碰撞的气体动力学模拟的程序 * ART AdaptiveRefinementTree * MLAPM Multi Level Adaptive Mesh Particle Mesh http://www.aip.de/People/AKnebe/MLAPM/ name/org/meeting

  40. VOPlot • VOPlot是印度虚拟天文台开发的Java程序，可以花不同的天文图，数据格式VOTable. • VOPlot有两种版本桌面版本和网页版本。其中网页版本集成在VizieR 星表服务中。可以对任何星表作图。 • 桌面版本可以通过下列网址获得：http://vo.iucaa.ernet.in/~voi/voplot.htm. name/org/meeting

  41. VisIVO : 可视化工具 基于网格的数据: • 等势面 • 三维立体图 类点数据: • 像素 • 用颜色表示标量 • 用不同的大小和形状表示标量 name/org/meeting

  42. VO桌面调用服务ACR • ACR是英国网格开发的应用界面，可以直接调用VO服务，隐藏起系统的复杂性（例如：配置，认证，服务类型）。 • ACR可以通过JavaRMI, XMLRPC或 HTTP创建。目前可以用Python, Perl, Java, C++ 和 C#调用。界面不仅适合简单的脚本工作（例如自动运行一批天文查询和处理程序），而且运用其他的用户界面也可以获得VO 服务（例如Aladin ）。 http://software.astrogrid.org/developerdocs/index.html name/org/meeting

  43. 协同工作平台TWiki • 一个可扩展的，强大的，安全的，但简单的基于网页的合作平台。 • 用 TWiki 可以通过内部网或外部网管理一个项目，文件系统管理，知识和工具同组成员共享。 • http://wiki.eurovotech.org/bin/view/TWiki/WebHome#TWiki_User_s_Guide name/org/meeting

  44. 如何显示VO的科学价值？ • 科学演示 • 科学论文 • 科学项目 name/org/meeting

  45. AVO科学范例 • 河外：被遮挡的II型类星体的发现 星系中的恒星形成历史 • 河内：年轻恒星天体（YSO）的分类 恒星从AGB到PN的过渡阶段的演化 name/org/meeting

  46. 以Aladin为例研究疏散星团 演示 name/org/meeting

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