李子碩

摘要：隨著天文學(xué)發(fā)展步伐的加快，天文學(xué)研究者越來越注重在天文學(xué)研究中使用適宜的科學(xué)研究方法，為天文學(xué)的發(fā)展注入新的發(fā)展力量。其中，光譜分析軟件在天文學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用，對天文學(xué)起到了巨大的推動(dòng)作用。本文簡單介紹光譜分析數(shù)據(jù)的形成及光譜分析軟件數(shù)據(jù)的特征的表達(dá)方式，最后著重講解目前7種典型的，常見的光譜分析軟件。

關(guān)鍵詞：光譜分析軟件天文學(xué)研究應(yīng)用探索

21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于科學(xué)信息及宇宙探索的渴望，使得天文學(xué)以驚人的速度快速發(fā)展。天文觀測進(jìn)一步從可見光、射電波段擴(kuò)展到包括紅外、紫外、X射線和γ射線在內(nèi)的電磁波各個(gè)階段，形成了全波段天文光譜學(xué)，并為探索各類天體和天文現(xiàn)象的物理本質(zhì)提供了強(qiáng)有力的觀測手段。

一、光譜分析數(shù)據(jù)的形成

對于天體光譜分析數(shù)據(jù)的有效研究表明，光譜分析數(shù)據(jù)是按照波長的有序排列來表示的天體電磁輻射，是一系列有連續(xù)性的數(shù)據(jù)，在每一處的波長中所對應(yīng)的的有效流量是不同的。天文學(xué)家利用光譜信息軟件，可以對宇宙中物質(zhì)的分布特征進(jìn)行相關(guān)研究及數(shù)據(jù)收集，同時(shí)可以對天體的形成及隨時(shí)間的演化等重大科學(xué)問題進(jìn)行初步的探索，并為進(jìn)一步的探索打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、光譜分析數(shù)據(jù)的特征提取方法

特征提取是光譜分析軟件應(yīng)用中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘的重要一步。對于海量天體光譜數(shù)據(jù)處理的效率及準(zhǔn)確性有著重要的影響，這一環(huán)節(jié)中包括轉(zhuǎn)換和選擇兩個(gè)步驟，首先著重提取與目標(biāo)有關(guān)的信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)成分分析，剔除與當(dāng)前任務(wù)無關(guān)的信息，隨后將提取的信息轉(zhuǎn)化為適合分析研究的表達(dá)方式，以供研究，在這里主要介紹三種特征的表達(dá)方式：統(tǒng)計(jì)約簡法、特征譜法、譜線法。

2.1統(tǒng)計(jì)約簡法

這是在目前的實(shí)際探索中，應(yīng)用最廣泛的一種提取方式，它的優(yōu)點(diǎn)是便于操作及使用。使用過程是對天體輻射能量進(jìn)行分解、重組和取舍，盡可能的去除冗余和噪聲，并及時(shí)的將信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

2.2特征譜法

特征譜法可以看作是人工"光譜"，主要包括兩種構(gòu)造方法：一種是強(qiáng)調(diào)頻譜特征的準(zhǔn)確表征，相關(guān)研究者基于觀測光譜流量的中值法和幾何均值法研究了類星體特征普的構(gòu)造；第二種是強(qiáng)調(diào)對觀測光譜近似表達(dá)能力，這一方面的相關(guān)研究者根據(jù)PCA方法研究了恒星特定譜的構(gòu)造。

2.3譜線法

譜線法的優(yōu)點(diǎn)是物理意義強(qiáng)，易于解釋，但也有其相關(guān)的局限性：儀器、波長和流量標(biāo)定情況對于譜線的描述影響較大等。

三、軟件簡介

目前應(yīng)用較為廣泛且使用性能好的光譜分析軟件有以下7種：

3.1VOSpec軟件

VOSpec軟件在使用過程中，利用了光譜訪問協(xié)議，對數(shù)據(jù)的組織功能強(qiáng)大，用戶在使用時(shí)可以通過天體名稱或坐標(biāo)在光譜庫中進(jìn)行有效的相關(guān)檢索。VOSpec軟件標(biāo)準(zhǔn)功能主要有光譜分析和擬合光譜能量分布兩種，能夠?yàn)橛脩籼峁┛煽康墓庾V處理功能，在有效時(shí)間內(nèi)整合來自不同的數(shù)據(jù)提供者、波段和元數(shù)據(jù)光譜。

3.2VOSED軟件

通過簡單的光譜訪問協(xié)議，VOSED軟件可以進(jìn)行在線查詢光譜信息，并及時(shí)合成光譜能量分布。目前，VOSED軟件有兩種工作模式：單目標(biāo)模式和多目標(biāo)模式。單目標(biāo)模式是指用戶在輸入目標(biāo)名稱后，VOSED通過數(shù)據(jù)庫現(xiàn)實(shí)該目標(biāo)的的相關(guān)信息；多目標(biāo)模式是指，用戶在工作中可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控查詢狀態(tài)，查詢結(jié)束后可以創(chuàng)建相關(guān)的壓縮文件。VOSED的查詢界面和顯示界面如下圖：

3.3Spec View軟件

Spec View軟件不僅能夠讀取哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)格式，還可以讀取其他科學(xué)設(shè)備的光譜，并通過虛擬天文臺查詢并讀取數(shù)據(jù)。它的功能主要包括：光譜單位轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、繪圖注釋、可視化參數(shù)自定義、平鋪繪圖等。

3.4Iris軟件

Iris軟件主要有NED數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)可視化和自定義、光譜模型擬合光譜能量分布和非常規(guī)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工具四個(gè)特點(diǎn)。Iris可以讀取多個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)源或光譜能量分布，用戶可以通過Iris的紅移法、插值法、集成法三種方法來創(chuàng)建光譜能量分布。

3.5SPLAT軟件

SPLAT軟件在工作過程中能夠同時(shí)讀取多個(gè)光譜，并進(jìn)行單個(gè)或多個(gè)顯示。它的功能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：查詢和下載光譜的簡單光譜訪問協(xié)議；在桌面上使用的簡單應(yīng)用程序傳遞消息。

3.6CASSIS軟件

CASSIS軟件主要有譜線認(rèn)證、構(gòu)造任何望遠(yuǎn)鏡的理論光譜、比較望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)和和各種模型光譜數(shù)據(jù)及估計(jì)光譜物理參量四個(gè)特點(diǎn)，可以通過簡單應(yīng)用程序消息傳遞協(xié)議使數(shù)據(jù)在不同的天文軟件間傳遞和交互操作。

3.7ASERA軟件

ASERA軟件的特點(diǎn)：譜線能夠隨鼠標(biāo)而動(dòng)，同時(shí)紅移值自動(dòng)給出；自定義可視化；批處理程序，可以同時(shí)處理多個(gè)光譜；光譜平滑等。用戶借助ASERA軟件可以輕松識別光譜和估測紅移，尤其對低質(zhì)量光譜的識別。

結(jié)束語：

在未來的天文學(xué)發(fā)展中光譜軟件的應(yīng)用會越來越廣泛，相信隨著天文學(xué)家和研究者的互動(dòng)，光譜分析軟件會朝著方便快捷、強(qiáng)大有效的方向繼續(xù)發(fā)展。

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