天文底片數字化方法研究及其應用

摘要：天文底片的制作原材料是藥膜，天文觀測者通過長期的曝光工作使光照和輻射都較弱的星象在底片上成像，依據分析出的天象數據來測量確定天體的光度和分光光度。天文底片的珍貴性在于其所記錄的數據忠實反映當日星象的數據，不可復制，但環境的潮濕度和避光度都會影響天文底片的保存，若保存不當，寄存在天文底片上的珍貴數據便會跟隨時間消失。因此，國內外都在研發將天文底片數字化的有效方法，致力于將天文底片上的數據通過掃描的形式保存下來，便于后期的取用研究。本文探討了天文底片數字化的一些方法，及其在天文研究中的有關應用。

關鍵詞：天文學;底片數字化;研究應用

引言：

天文學在新世紀的發展，依靠的是提高天文觀測技術和加快天文底片的數字化進程。國內外常用的掃描底片保存數據的方式，使底片的數據庫得以初步建立?？茖W家依據數據庫中保存的天文數據進行研究計算，使天體學和恒星運動學都得到了長足的進展。由于天文底片的保存對于環境的溫度、濕度和見光程度都有嚴苛的要求，且會隨著時間的流逝而逐漸老化，所以保存天文底片的進程刻不容緩。底片數字化能夠將過往累積的天文數據都聚合在數據庫內，隨時隨地為人所用，便于現代科技和課題的研究。目前研究如何提高掃描儀的精度和底片數字化的技術將會有利于天文底片以數字化的方式被保存。而保存后的數據又進一步方便了天文學方面的研究計算。

一、改善計算天體底片數據的軟件

常規用來掃描天文底片的掃描儀精度不如專業的掃描儀，導致最后呈現出天體數據的精細度并不完美?，F代的計算機承接的運算較過去有了較大進步，制作數字化圖像的軟件也需要有進一步的改進，才能使得到的天體信息更為準確。

改進天體測量的軟件需要在處理圖像的這一環節中將掃描儀掃出的圖像格式轉換為更易呈現和傳輸的圖像，同時盡可能地提高初始圖像信息的完整度。第二，在提取圖像中星象坐標時應當從多個角度對坐標進行確定和分析，以免細節上的疏漏和誤差。第三，軟件在最后的測算階段應當通過對比，選取較優的數據進行處理。

二、提高常規掃描儀精度的方法

國內的天文學研究從19世紀開始已有百年多的歷史，所存的天文底片在上海、北京、云南等城市有三萬余張。常規掃描儀的掃描速度不能滿足大量底片數字化的需求。從現有常規掃描儀的性能數據看來，由于機械化的掃描運動必定存在不可控的因素，所掃描出的數字化圖像并不十分清晰，為提高最終圖像所呈現出的精度，可以從0°和90°兩個方向對底片進行掃描，最后綜合處理的結果確定圖像上的星象坐標。掃描儀工作時首先應將底片上不重要的雜質和標記忽略，迅速數字化底片的星象圖像，隨后再用較高的分辨率進行兩個角度的掃描，最后再用合適的格式記錄保存數字化的數據[1]。

三、加強對于天文底片的保存

盡管天文底片被保存在底片庫中，但是由于規矩和制度上的疏漏和漠視，天文底片不能得到有效的保存。一般情況下，天文底片應當被保存在18℃左右的環境當中，由于藥膜上粒子對于環境溫度和濕度的敏感，還需經常換用干燥劑來保證底片上不會產生霉斑。但是目前并未有明確的指令規定底片庫需要進行定期的打掃和分類管理，所以經常有底片霉變、沾染灰塵和分類不當丟失的情況發生，這給天文底片數字化的進程帶來較大的阻礙。

對于這種情況，天文臺可以建立底片維護的小組，將未收錄數據的天文底片統一轉移到恒溫恒濕的環境之中，并定期進行清理和排列。專業的維護將會使珍貴的天文底片得到較長時間的保存，便于日后天文科研的取用研究。

四、天文底片數據庫對于數據的保存和處理

將數字化的天文底片信息納入統一的數據庫中，并在數據庫之間建立聯系，天文數據將會得到永久的保存。由于數字化重新處理了星象圖像所給的信息，因此其準確度大大提升。各天文臺以統一的格式將底片信息上傳至網絡，并與全球的數據相連通，科研工作者在進行研究時可以迅速找到所需要的星象數據，并能將其和各個時間段的數據進行對比，得出其在時間發展過程中的差距和不同，有利于對于某一衛星或行星運動軌跡或動力參數的計算[2]。

數字化底片庫的重要性需要工作人員提高壓縮圖像的技術，并研發出可以支持海量數據同時存在的數據庫管理軟件，這樣才能更加完善地保證數據庫在使用過程中的穩定性和所存數據的權威性。

五、研究討論底片掃描的相關工作

天文底片的數字化工作需要得到盡快實施，國家應當派遣專家進行討論會議。專家通過對現存天文底片保存程度的研究，討論出天文底片掃描的先后順序，并申請撥款購買先進的掃描儀。有序和及時地進行數字化天文底片，可以從最大程度上減少由于保存不當而報廢的底片對于科學研究所帶來的損失。

六、天文底片數字化數據的相關應用

天文底片數字化后的信息精度較為準確，它將星象圖像呈現的波長轉化為數字，為研究星體提供了便利的數據。如在計算土星的質量和其運動的形狀參數時，可以在數據庫中找尋有關土星衛星軌道的數值，根據衛星力學模型進行精密的分析。數據庫中的觀測資料包括相片和其他參照星的位置，方便研究者進行統一的對比，由此最終得出土星的質量和運動參數。同理，數據庫內的信息可以應用于其他天體的研究當中。

七、結束語

天文學的研究在近代仍有較大的發展空間，而研究天文學的初始天文底片資源不應當是為個人所獨有的，而應該貢獻出來上傳到公有的資源庫方便研究者取用。數字化天文底片可以使天文信息突破時間和空間的限制長久地被保存下來，使科研工作者能得到最大的便利進行天體研究，促進國家天文事業的發展。在數字化天文底片的進程當中仍然遇到一些阻礙，如天文底片的保存不得當使底片被毀、掃描儀無法清晰地記錄天文圖像、落后的計算處理軟件不足以支持數據的保存和傳輸等，需要科研工作者改進數字化的方法和計算軟件，加強數據庫儲存天文數據的能力。

參考文獻：

[1]?? 嚴丹.天文底片數字化方法研究及其應用[D].2016.

[2]?? 佚名.天文底片保存和我國天文底片數字化的建議[J].天文學進展，2007（01）：3-14.

本文系西華師范大學2018年省級創新創業訓練計劃項目“基于西華師大50厘米望遠鏡開展星團變星研究”的階段性成果。

項目編號：201810638067

項目負責人：劉嘯洋

項目學校：西華師范大學