Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года

в 17:55, , рубрики: eclipse, Wolfram Alpha, wolfram language, wolfram mathematica, Алгоритмы, Анализ и проектирование систем, Блог компании Wolfram Research, визуализация данных, Геоинформационные сервисы, затмение, обучение программированию

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 1

Перевод поста Get Ready for the Total Solar Eclipse of 2017 Джеффри Брайанта, исследователя-программиста, Wolfram|Alpha Scientific Content.
________________________________________________________________________________

21 августа 2017 года в некоторых частях западного полушария произойдет событие, которое раньше не наблюдало большинство людей на протяжении всей их жизни. Полное затмение Солнца покроет поверхность Соединенных Штатов и близлежащих океанов. Несмотря на то, что затмения такого типа не являются редкостью по всему миру, вероятность того, что это произойдет рядом с вами, довольно мала — и зачастую случается лишь один раз в жизни, если, конечно, вы не путешествуете по миру регулярно. В этом году полное затмение будет находиться в приемлемой для поездки на машине дистанции для большинства людей в 48 континентальных штатах.

Полное затмение Солнца является результатом движения Луны перед Солнцем, с точки зрения наблюдателя на Земле. Тень Луны довольно мала и только соприкасается с земной поверхностью в небольшой области, как показано на следующей иллюстрации.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 2

Мы можем использовать 3D-графику языка Wolfram, чтобы создать более реалистичную визуализацию этого события. Во-первых, мы используем текстуру, чтобы сделать Землю более реалистичной.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 3

Применим текстуру к повернутой сферической поверхности следующим образом.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 4

Мы представим тень Земли как конус.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 5

Луну можно представить простой сферой (Sphere), смещенной от центра модели, а ее орбита — простой пунктирный 3D-путь. Оба объекта заданы через параметры модели, поскольку орбита Луны будет испытывать прецессионное движение во времени. Полезно иметь возможность предавать значения этим функциям, чтобы заставить тень выровняться в нужную нам линию.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 6
Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 7

Также, как и тень Земли, мы представляем тень Луны как конус.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 8

Наконец, мы создаем некоторые дополнительные элементы модели для использования в качестве аннотаций.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 9
Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 10

Теперь нам просто нужно собрать модель. Мы хотим, чтобы Луна была на одной оси с Солнцем, поэтому для достижения этого мы используем значение 0 ° для одного из параметров. Чтобы учесть прецессию орбиты таким образом, чтобы тень падала на Северную Америку, мы используем значение 70 ° для второго параметра. Остальное — это просто информация о стилевом оформлении.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 11
Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 12

Это означает, что из-за отклонения от круговой траектории орбиты, Луна иногда находится дальше от Земли, чем в другое время; это также означает, что из-за наклона орбиты она может быть выше или ниже плоскости орбиты Земля-Солнце. Обычно, когда Луна проходит «между» Землей и Солнцем, она находится «выше» или «ниже» Солнца с точки зрения наблюдателя на поверхности Земли. На геометрию влияют другие эффекты, но геометрия время от времени выстраивается удачно, и Луна фактически блокирует часть или весь диск Солнца. 21 августа 2017 года геометрия будет «в самый раз», и в некоторых местах на Земле Луна будет охватывать хотя бы часть Солнца.

Помимо иллюстрации геометрии затмения, мы также можем использовать язык Wolfram, а именно функцию GeoGraphics для создания различных карт, показывающих, где будет видно затмение. Написав немного кода, Вы можете получить подробные результаты. Например, мы можем объединить функции SolarEclipse с GeoGraphics, чтобы показать, где можно увидеть путь полного солнечного затмения 2017 года. Фаза полного затмения будет видна в узкой полосе, которая пересекает центральную часть Соединенных Штатов.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 13

Итак, какие штаты увидят полное солнечное затмение? Следующий пример может быть использован для определения этого. Сначала мы извлекаем многоугольник, соответствующий полной фазе предстоящего затмения.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 14
Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 15
Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 16

Предположим, вы хотите увеличить масштаб определенного штата, чтобы посмотреть на него более подробно. На этом уровне нас интересует только путь полного солнечного затмения и осевая линия. Еще раз используем SolarEclipse для получения необходимых элементов.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 17
Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 18

Затем просто используем GeoGraphics, чтобы сгенерировать карту рассматриваемого штата — в данном случае, штат Вайоминг.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 19

Мы можем использовать Wolfram Data Repository для получения дополнительной информации затмения, к примеру, время затмения в различных местах.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 20
Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 21

Мы можем использовать эти данные для построения аннотированных меток времени для различных точек вдоль пути затмения.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 22

Затем мы просто объединяем элементы.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 23

Конечно, даже если затмение происходит, нет никакой гарантии, что вы сможете это засвидетельствовать. Если погода будет плохой, вы просто заметите, что в середине дня станет темно. Используя WeatherData, мы можем попытаться предсказать, какие регионы, предположительно будут облачными 21 августа. Следующий пример основан на аналогичной публикации сообщества Wolfram.

Следующий код извлекает все округи, которые пересекаются с границами полигона затмения.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 24

Большая часть работы связана с оценкой значений «CloudCoverFraction» для каждого округа 21 августа на каждый год с 2001 по 2016 год и нахождение среднего значения для каждого округа.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 25
Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 26

Затем используем GeoRegionValuePlot для построения этих значений. В целом, похоже, что большинство районов вдоль этого пути имеют относительно низкую вероятность облачной погоды 21 августа на основе исторических данных.

Готовьтесь к полному солнечному затмению 2017 года - 27

Полное солнечное затмение 21 августа 2017 года — не шуточное дело — потому что путь проходит через большую территорию Соединенных Штатов. Приложите все усилия, чтобы увидеть это! Соблюдайте необходимые меры предосторожности и надевайте очки для просмотра затмений. Если ваши дети уже в школе, узнайте если они планируют какие-либо мероприятия по этому поводу. Планируете заранее, так как пробки могут быть очень тяжелым в местах близких к полному затмению. Хорошего времяпровождения!

Загрузите этот блог в Computable Document Format (CDF). Не знакомы с CDF? Загрузите ваш бесплатный плеер здесь.

Также читайте блог Двойное затмение! Или почему Карбондейл, штат Иллинойс, является особенным

Автор: galinawri

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля