陳希賢

指導(dǎo)教師：金愛(ài)春 丁 震

（蘇州工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué), 江蘇 蘇州 215021）

基于校園天文觀測(cè)遠(yuǎn)程控制實(shí)踐研究**

陳希賢

指導(dǎo)教師：金愛(ài)春 丁 震

（蘇州工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué), 江蘇 蘇州 215021）

校園天文觀測(cè)不僅能普及天文知識(shí)，而且能提高學(xué)生的天文觀測(cè)技能。隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的天文觀測(cè)方式已經(jīng)難以滿足人們的觀測(cè)需求，天文觀測(cè)遠(yuǎn)程控制逐漸被認(rèn)識(shí)、接受。天文觀測(cè)遠(yuǎn)程控制不僅能隨時(shí)隨地控制千里之外的天文望遠(yuǎn)鏡，并能克服各種環(huán)境拍攝目標(biāo)天體，而且能將信息技術(shù)與天文觀測(cè)完美結(jié)合。校園天文觀測(cè)遠(yuǎn)程控制還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

校園；天文觀測(cè)；遠(yuǎn)程控制

一、提出背景

天文作為一項(xiàng)科普性興趣愛(ài)好已在校園流行數(shù)十年，目前校園天文以及業(yè)余天文觀測(cè)逐漸呈現(xiàn)出小組化、專(zhuān)業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。以遠(yuǎn)程控制為例，國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)一些供愛(ài)好者交流使用的天文望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目，它們大都通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式完成操作。設(shè)想一下，一位愛(ài)好者只需要在他申請(qǐng)的時(shí)間段內(nèi)，坐在電腦屏幕前，點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)，就可以控制千里之外的天文望遠(yuǎn)鏡并拍攝目標(biāo)天體，不用幾分鐘，就能得到高質(zhì)量的照片。而他所有的操作不過(guò)是點(diǎn)擊鼠標(biāo)以及常規(guī)的后期處理，比起目前傳統(tǒng)的觀測(cè)過(guò)程，遠(yuǎn)程控制有著無(wú)與倫比的優(yōu)越性，可以說(shuō)是將信息技術(shù)與天文觀測(cè)完美的融為一體。

星海實(shí)驗(yàn)中學(xué)天文臺(tái)建成已有十三年，配備有400MM口徑的大型折反式天文望遠(yuǎn)鏡，在校園天文臺(tái)中算得上是一流。[1]隨著時(shí)代發(fā)展，傳統(tǒng)的觀測(cè)方式已經(jīng)滿足不了學(xué)校師生的觀測(cè)需求，為此，學(xué)校批準(zhǔn)了星海實(shí)驗(yàn)中學(xué)天文臺(tái)的遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目，同時(shí)挑選部分學(xué)生社團(tuán)成員成立遠(yuǎn)程觀測(cè)小組。筆者作為小組組長(zhǎng)，在整個(gè)項(xiàng)目的探究過(guò)程中有很多感想，特總結(jié)交流展示。

二、實(shí)踐探究

1.系統(tǒng)框架

規(guī)劃項(xiàng)目整體框架是科學(xué)探究中首要且最為重要的一環(huán)，系統(tǒng)框架的合理性，關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的可操作性，同時(shí)也是之后所有流程的理論依據(jù)。因此，合理的系統(tǒng)框架成了遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目的重中之重。一般的遠(yuǎn)程天文臺(tái)所需的系統(tǒng)框架有觀測(cè)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。

觀測(cè)系統(tǒng)——觀測(cè)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)框架的核心，其余所有系統(tǒng)都是圍繞其進(jìn)行運(yùn)作，好比計(jì)算機(jī)中的CPU，一旦觀測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)我們今后的使用會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。觀測(cè)系統(tǒng)依照不同情況又可大致分為圓頂系統(tǒng)、赤道儀系統(tǒng)和拍攝系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——作為遠(yuǎn)程控制觀測(cè)中最具有優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的良好運(yùn)作，將直接決定遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目是否有意義。如果網(wǎng)絡(luò)故障或是較大的網(wǎng)絡(luò)延遲，那么遠(yuǎn)程控制將失去它的優(yōu)越性，甚至不如傳統(tǒng)的實(shí)地觀測(cè)。正常運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將會(huì)給我們帶來(lái)超出預(yù)想的便利，這也是遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目的精髓所在。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中的輔助系統(tǒng)，其主要作用除了對(duì)天氣進(jìn)行監(jiān)控觀測(cè)外，還能幫助觀測(cè)者第一時(shí)間內(nèi)了解天文臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)情況，以應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況。

安全系統(tǒng)——任何科技項(xiàng)目中必須要有安全的保障，尤其是天文臺(tái)的操作需要精密的步驟，任何細(xì)節(jié)上的差錯(cuò)，將導(dǎo)致無(wú)法想象的后果，輕則觀測(cè)失敗，重則損壞儀器甚至造成安全事故。然而，無(wú)論是多么先進(jìn)的安保軟件都有失靈的時(shí)候，所以，天文臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人的存在就顯得尤為必要，在整個(gè)探究過(guò)程中，我們深刻認(rèn)識(shí)到了人的重要性，尤其是在初期測(cè)試階段，一定要確?，F(xiàn)場(chǎng)有安全負(fù)責(zé)人員。

明確項(xiàng)目的系統(tǒng)框架，不僅可以在之后的流程節(jié)約大量時(shí)間，同時(shí)也能幫助我們形成縝密的邏輯思維能

力，提高整個(gè)項(xiàng)目的效率。

2. 必要軟件

明確系統(tǒng)框架后，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況選擇合適的軟件。以下是我們選擇的軟件系統(tǒng)。

(1)觀測(cè)系統(tǒng)

觀測(cè)系統(tǒng)主要包括圓頂控制——ASCOM Dome Control、赤道儀控制——Thesky,Tpoint（提高指向精度）、CCD相機(jī)控制，濾鏡切換——MaxImDL4 / CCDSoft5/FcousMax（自動(dòng)對(duì)焦）和綜合控制——ACP4（可將以上控制軟件整合為一體）。[2]

(2)網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

Windows系統(tǒng)自身帶有遠(yuǎn)程桌面功能，可以直接利用“菜單”中的遠(yuǎn)程桌面連接，就能輕松實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電腦之間的連線。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的界面，也可直接以網(wǎng)頁(yè)來(lái)完成。網(wǎng)頁(yè)監(jiān)測(cè)具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如操作簡(jiǎn)單易懂且可以跨平臺(tái)監(jiān)測(cè)，使用者不必?fù)?dān)心電腦系統(tǒng)對(duì)于軟件的兼容性，同時(shí)網(wǎng)頁(yè)監(jiān)測(cè)也適合學(xué)校天文臺(tái)進(jìn)行開(kāi)放性展示。

(3)安全系統(tǒng)

安全系統(tǒng)對(duì)于硬件方面的要求較高，對(duì)實(shí)時(shí)情況的監(jiān)測(cè)依賴于硬件精確的感應(yīng)。除了氣象觀測(cè)監(jiān)控方面的需求外，不能忽視一些基礎(chǔ)的安全措施，電源控制就是其中之一，校園天文臺(tái)的遠(yuǎn)程控制算得上一個(gè)較大型的用電項(xiàng)目，如果電源保護(hù)不當(dāng)，那么將使整個(gè)觀測(cè)計(jì)劃無(wú)法正常進(jìn)行下去。為了保證觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的電源正常，“看門(mén)狗”（Watchdog Card）軟件可以使天文臺(tái)中的各項(xiàng)儀器在斷電時(shí)自動(dòng)歸位，最好設(shè)置專(zhuān)門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)安全負(fù)責(zé)人。

3. 測(cè)試實(shí)驗(yàn)

(1)打開(kāi)The SKY6軟件，選擇Telescope=＞Link＝＞Establish，連接上望遠(yuǎn)鏡和圓頂，屏幕會(huì)自動(dòng)跳出圓頂控制面板，選擇簡(jiǎn)體中文。設(shè)置圓頂控制面板，自動(dòng)跟蹤和隨動(dòng)打勾。在圓頂控制面板中點(diǎn)擊打開(kāi)圓頂（如圖1），等待圓頂天窗打開(kāi)后再進(jìn)行下一步操作。

(2) 左鍵在The Sky6軟件星圖中選取想追蹤的目標(biāo)，在跳出的窗口中點(diǎn)擊Slew確定。天文望遠(yuǎn)鏡和圓頂會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向所對(duì)目標(biāo)，如果目標(biāo)不是在正中，可以利用圓頂控制面板中的手動(dòng)調(diào)整，并且可以通過(guò)下拉菜單進(jìn)行速度選擇（如圖2）。最后結(jié)束觀測(cè)時(shí)點(diǎn)擊零位，返

圖1 主界面和圓頂控制面板

圖2 主界面和圓頂調(diào)整面板

回零位。

三、總結(jié)反思

經(jīng)過(guò)校內(nèi)外老師同學(xué)的共同探索，星海實(shí)驗(yàn)中學(xué)天文臺(tái)遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目的準(zhǔn)備工作已處于收尾驗(yàn)收階段，雖然關(guān)于如何錄像、拍攝還有待于進(jìn)一步研究，但整體的框架已經(jīng)初具規(guī)模。我們?cè)谕械慕?jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上不斷學(xué)習(xí)，不斷探索，相信我們有能力根據(jù)校園的實(shí)際情況，開(kāi)創(chuàng)一套適合于自己校園的遠(yuǎn)程控制觀測(cè)計(jì)劃，并運(yùn)用于實(shí)際觀測(cè)，充分地發(fā)揮利用遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)。在整個(gè)探索活動(dòng)中，不僅僅提升了我們對(duì)天文觀測(cè)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，也對(duì)培養(yǎng)我們的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力有極大的幫助。

[1] 胡企千.望遠(yuǎn)鏡技術(shù)與天文測(cè)天[M].南京∶東南大學(xué)出版社,2014.

[2] 姚建明.天文知識(shí)基礎(chǔ)：你想知道的天文學(xué)(第2版)[M].北京∶清華大學(xué)出版社,2008.

（責(zé)任編校：方琦）

*資助項(xiàng)目：中國(guó)教育學(xué)會(huì)地理教學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2014年普通高中地理研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)GEORBL201412）；蘇州市教育科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目“基于鄉(xiāng)土地理案例教學(xué)模式實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)130301065）。金愛(ài)春為本文通訊作者。