Kosmiczny Python

WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Kosmiczny Python

Sławomir Piasecki

PyCon PLOssa/k Rawy Mazowieckiej15-18 Października 2015

Sławomir Piasecki Kosmiczny Python

WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Outline

1 Wstęp

2 AstroPyQuantityConstantsTableFITSCoordinates

3 AUTO

4 Podsumowanie


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Wstęp

♦ obserwacje gołym okiem♦ greckie modele matematyczne♦ islamski średniowiecze♦ Kopernikowa rewolucja♦ luneta Galileusza♦ fotografia♦ komputery


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Języki programowania w Astronomii

♦ Fortran♦ C/C++♦ IDL♦ Perl


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Dlaczego Python?

♦ bardzo duża ilość modułów♦ duża społeczność♦ bardzo dobra dokumentacja♦ bardzo prosty w użyciu♦ możliwość wykonywania wykresów


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Do czego wykorzystywany jest Python?

♦ nauki studentów♦ rysowania wykresów♦ jednorazowe skrypty♦ analizy danych z obserwacji♦ sterowania teleskopami♦ codziennego zarządzania komputerem


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Najczęściej używane paczki

♦ NumPy♦ SciPy♦ Math♦ Matplotlib♦ AstroPy


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

QuantityConstantsTableFITSCoordinates

AstroPy

♦ jednostki (Quantity)♦ stałe astronomiczne♦ Table♦ FITS♦ współrzędne


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Quantity w AstroPy

>>> from astropy import units as u

>>> u.meter

Unit(‘‘m’’)


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Quantity w AstroPy


>>> u.meter

Unit(‘‘m’’)

>>> distance = 15∗u.kilometer


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Quantity w AstroPy


>>> u.meter

Unit(‘‘m’’)

>>> distance = 15∗u.kilometer>>> distance

<Quantity 15.0 km>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Quantity w AstroPy


>>> u.meter

Unit(‘‘m’’)


<Quantity 15.0 km>

>>> velocity = 5∗u.meter/u.second>>> result = distance/velocity


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Quantity w AstroPy


>>> u.meter

Unit(‘‘m’’)


<Quantity 15.0 km>


>>> result

<Quantity 3.0 km s / m>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Quantity w AstroPy


>>> u.meter

Unit(‘‘m’’)


<Quantity 15.0 km>


>>> result

<Quantity 3.0 km s / m>

>>> result.decompose()

<Quantity 3000.0 s> <Quantity 50.0 min>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Jednostki długości w Astronomii

>>> 1∗u.km # D y s t a n s d l a s a t e l i t

<Quantity 1 km>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie




<Quantity 1 km>

>>> au = 1∗u.au # D y s t a n s w u k l a d a c h p l a n e t a r n y c h


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie




<Quantity 1 km>


>>> au.to(’km’)

<Quantity 149597870.7 km>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie




<Quantity 1 km>


>>> au.to(’km’)


>>> lyr = 1∗u.lyr # D y s t a n s g a l a k t y c z n y c h

<Quantity 63241.07708426628 AU>

<Quantity 9460730472580.8 km>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie




<Quantity 1 km>


>>> au.to(’km’)


>>> lyr = 1∗u.lyr # D y s t a n s g a l a k t y c z n y c h

<Quantity 63241.07708426628 AU>

<Quantity 9460730472580.8 km>

>>> pc = 1∗u.pc<Quantity 3.26156377714188 lyr>

<Quantity 206264.80624548031 AU>

<Quantity 30856775814671.914 km>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Planety w układzie Słonecznym i sąsiedzctwie

Planeta odległość od słońca obiekt odległośćkm AU lyr

Merkury 57 909 107 0.3871 Proxima Centaurii 4.22Wenus 108 208 926 0.7233 Syriusz 8.60Ziemia 149 597 870 1.0000 Luyten 726-8 8.73Mars 227 936 637 1.5237 Ross 9.68Jowisz 778 412 027 5.2034 tau Ceti 11.9Saturn 1 426 725 413 9.5371Uran 2 870 972 220 19.1913Neptun 4 498 252 900 30.0690


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Stałe astronomiczne

>>> from astropy import constants as cons

>>> print cons.G

Name = Gravitational constant

Value = 6.67384e−11Error = 8e−15Units = m3 / (kg s2)

Reference = CODATA 2010


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Stałe astronomiczne

>>> from astropy import constants as cons

>>> print cons.G

Name = Gravitational constant

Value = 6.67384e−11Error = 8e−15Units = m3 / (kg s2)

Reference = CODATA 2010

>>> print cons.M_sun

Name = Solar mass

Value = 1.9891e+30

Error = 5e+25

Units = kg

Reference = Allen’s Astrophysical Quantities 4th Ed.


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


>>> a = [1, 2, 3]

>>> b = [2.0, 4.0, 9.0]

>>> c = [’x’, ’y’, ’z’]


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


>>> a = [1, 2, 3]

>>> b = [2.0, 4.0, 9.0]

>>> c = [’x’, ’y’, ’z’]

>>> t = Table([a, b, c], names=(’a’, ’b’, ’c’),

meta={’name’: ’first table’})

<Table rows=3 names=(’a’,’b’,’c’)>

array([(1, 2.0, ’x’), (4, 4.0, ’y’), (3, 9.0, ’z’)],

dtype=[(’a’, ’<i8’), (’b’, ’<f8’), (’c’, ’S1’)])


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


>>> a = [1, 2, 3]

>>> b = [2.0, 4.0, 9.0]

>>> c = [’x’, ’y’, ’z’]




array([(1, 2.0, ’x’), (4, 4.0, ’y’), (3, 9.0, ’z’)],

dtype=[(’a’, ’<i8’), (’b’, ’<f8’), (’c’, ’S1’)])

>>> t[’b’].unit = ’s’


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


>>> a = [1, 2, 3]

>>> b = [2.0, 4.0, 9.0]

>>> c = [’x’, ’y’, ’z’]




array([(1, 2.0, ’x’), (4, 4.0, ’y’), (3, 9.0, ’z’)],

dtype=[(’a’, ’<i8’), (’b’, ’<f8’), (’c’, ’S1’)])

>>> t[’b’].unit = ’s’

>>> print(t)

a b c

s

−−−−−−−−−1 2.0 x

2 4.0 y

3 9.0 z


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


FITS


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Współrzędne w układach astronomicznych

>>> from astropy.coordinates import SkyCoord

>>> c = SkyCoord(

ra=10.625∗u.degree, dec=41.2∗u.degree, frame=’icrs’)>>> c = SkyCoord(10.625, 41.2, unit=’deg’)

>>> c = SkyCoord(’00h42m30s’, ’+41d12m00s’)

>>> c = SkyCoord(’00h42.5m’, ’+41d12m’)

>>> c = SkyCoord(’00 42 30 +41 12 00’, unit=(u.hourangle , u.deg))

>>> c = SkyCoord(’00:42.5 +41:12’, unit=(u.hourangle , u.deg))

<SkyCoord (ICRS): (ra, dec) in deg (10.625, 41.2)>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Transformacje współrzędnych

>>> c.cartesian

<CartesianRepresentation

x=0.739514749012, y=0.138730426089, z=0.658689460119>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie



>>> c.cartesian


x=0.739514749012, y=0.138730426089, z=0.658689460119>

>>> c.galactic

<SkyCoord (Galactic): l=121.123343394 deg, b=−21.6403586966 deg>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie



>>> c.cartesian


x=0.739514749012, y=0.138730426089, z=0.658689460119>

>>> c.galactic

<SkyCoord (Galactic): l=121.123343394 deg, b=−21.6403586966 deg>>>> c.spherical

<SphericalRepresentation lon=10.625 deg, lat=41.2 deg, distance=1.0>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


>>> from astropy.coordinates import Distance , FK5

>>> c = SkyCoord(

ra=10.625∗u.degree, dec=41.2∗u.degree, distance=500∗u.kpc,frame=FK5, equinox=’J2000’)

>>> c.cartesian.x

<Quantity 369.75737450577776 kpc>


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie



>>> c = SkyCoord(


>>> c.cartesian.x

<Quantity 369.75737450577776 kpc>

>>> sc = c1.transform_to(FK5(equinox=’J1950’))


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie



>>> c = SkyCoord(


>>> c.cartesian.x

<Quantity 369.75737450577776 kpc>

>>> sc = c1.transform_to(FK5(equinox=’J1950’))

>>> sc.to_string()

’9.94122 40.9261’

>>> c.to_string()

’10.625 41.2’


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

AUTO

Pakiet AUTO (Doedel, (1981)) do rozwiązywania bifurykacji wRównaniach Różniczkowych Zwyczajnych.

♦ analiza bifurikacji w systemach algebraicznych

♦ lokalizuje punkt startowy gałęzi, wyszukuje kolejnych orbit wzależności od dwóch lub trzech parametrów, oraz wyliczarozdwojone rodziny orbit

♦ główne algorytmy mają na celu w sposób ciągły rozwiązywać RRZdanego systemu


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

AUTO

The HamiltonianArmbruster, Guckenheimer & Kim (1989)

H =12(X 2+Y 2)+

14(x2+ y2)2−x2−y2− 1

4x2y2

−3 −2 −1 0 1 2 3−3

−2

−1

0

1

2

3

coordinate x

coo

rdin

ate

y

Poincare section x−y E = 6.35

coordinate x

coor

dina

te y

−1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5

−1.5

−1

−0.5

0

0.5

1

1.5

−1

−0.5

0

0.5

1

1.5


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Plik auto

from numpy import arange, array

from scipy.integrate import odeint

def fun(u,t):

# D e r i v a t i v e s o f H a m i l t o n i a n .

return(dpx, dpy, dx, dy)

def neworbit(file_name , period, init):

# C o m p u t a t i o n o f n e w o r b i t . U s e s o d e i n t a s O D E I n t e g r a t o r

t = arange(0.0, period, period / 200.0)

t.append(period)

u0 = array([ci[0], ci[1], ci[2], ci[3]]) # i n i t i a l c o n d i t i o n s

u = odeint(fun, u0, t, atol=1.e−12, rtol=1.e−12)


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Special bifurcation rzut x-X


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

3D ewolucja orbit w głównej rodzinie (symmetrycznej)

−1.5−1

−0.50

0.51

1.5

−2

−1

0

1

2

−1

−0.5

0

0.5

1

position xposition y

velo

city

X −1 −0.5 0 0.5 1

0

2

4

6

8

10

position x

ener

gy E

−10

1

−20

2

−2

0

2


velo

city

X−2 −1 0 1 2

−4

−2

0

2

4

position x

posi

tion

y


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

3D ewolucja orbit rodziny rozdwojonej (asymetrycznej)

−1.5−1

−0.50

0.51

1.5

−2

−1

0

1

2

−1

−0.5

0

0.5

1


velo

city

X

−0.50

0.5

−0.050

0.05

0

5

10

BP

position x

BP

position y

ener

gy E

−1.5−1

−0.5

−4−2

02

4−4

−2

0

2

4

position xposition yve

loci

ty X

−1.5 −1 −0.5 0−4

−2

0

2

position x

posi

tion

y


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Podsumowanie

♦ bardzo duży wzrost zainteresowania Python’em♦ proste skrypty♦ nakładki na istniejące oprogramowanie♦ wykreślania wykresów


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie

Podziękowania

dr Anna Kapińskadr Dagmara Oszkiewiczdr Danka Paraficz


WstępAstroPyAUTO

Podsumowanie


Kosmiczny Python

Software

Transcript of Kosmiczny Python