Open-Source-Tools für Amateurastronomen - MONARCH

1. Intro
2. Alles außer Astrofotografie
Stellarium
XEphem
KStars
PP3
libnova
INDI
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
Mario Haustein
UNIX-Stammtisch
3. Astrofografie
Bild-Dekodierung
FITS-Tools
Kalibrierung, Registrierung, Stacking
Nachbearbeitung
24. November 2009
4. Weitere Informationen
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
24. November 2009
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Zu Beginn . . .
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
24. November 2009
2 / 46
. . . und zur Ernsthaftigkeit dieses Vortrags in Bezug auf
Astronomie
E. W. Dijkstra
In der Informatik geht es genau so wenig um Computer, wie in
der Astronomie um Teleskope.
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
24. November 2009
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
24. November 2009
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Intro
Alles außer Astrofotografie
Zielgruppe / Einsatzgebiete
Was
I
I
Visualisierung
Orientierung am Himmel
I
Beobachtungsvorbereitung
I
I
Beobachtungsdurchführung
Wissenschaftliche
Datenverarbeitung
I
Astronomisches Berechnungen
I
SETI@home
I
Astrofotografie
I
Space Wars ;-)
I
2. Alles außer Astrofotografie
Stellarium
XEphem
KStars
PP3
libnova
INDI
Was nicht
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
I
Astrometrie
Photometrie
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
Alles außer Astrofotografie
24. November 2009
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Stellarium
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
Alles außer Astrofotografie
24. November 2009
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24. November 2009
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Stellarium
Stellarium
I
Software-Planetarium
I
http://www.stellarium.org/, GPLv2
I
Qt + OpenGL
I
Schwerpunkt auf realistischer Darstellung statt technischer Details.
I
Gut für Lehre und Demonstration geeignet.
I
Kann Teleskopmontierungen ansteuern.
I
Mit Beamer und passender Optik eigenes Planetarium realisierbar.
I
Informatives Handbuch
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Open-Source-Tools für Amateurastronomen
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
Alles außer Astrofotografie
XEphem
Alles außer Astrofotografie
XEphem
Erde mit Orbit der ISS
I
Software-Planetarium u.v.m.
I
http://www.clearskyinstitute.com/xephem/
I
Schweizer Taschenmesser“ unter den Astro-Tools.
”
Viel mehr als nur Anzeigen des Sternenhimmels.
I
I
I
I
I
I
I
I
XEphem
Darstellung von Satellitenorbits
Darstellung der Jupiter- und Saturnmonde
Download von Sonnenbildern, Wetterkarten
Download aktueller Bahnelemente von Satelliten und Asteroiden
Teleskopsteuerung
Astronomischer Rechner
...
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
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Alles außer Astrofotografie
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XEphem
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
Alles außer Astrofotografie
Aktuelle Daten von SOHO
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
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XEphem
Katalogverwaltung
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I
XEphem stellt nur eine Astronomische Software da.
I
Lediglich die Ephemeridenberechnung von Sonne, Planeten und deren
Monden ist integriert.
I
Objekte des Fixsternhimmels müssen als Kataloge nachgeladen werden.
I
Katalogformat: EDB
I
SKY2000 (Bright Stars) und der Messier-Katalog werden mitgeliefert.
I
Weiter Kataloge (z.B. NGC, IC) sind verfügbar
(http://astro.corlan.net/gcx/edb-catalogs.tar.gz).
I
Objekte können in einer Favoriten-Liste aufgenommen werden.
I
Diese wird bei bestimmten Unterprogrammen herangezogen.
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Alles außer Astrofotografie
XEphem
Alles außer Astrofotografie
Katalogverwaltung (Forts.)
XEphem
Katalogverwaltung (Forts.)
Abbildung: Night at a glance“ nutzt die Favoriten-Liste
”
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Alles außer Astrofotografie
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Open-Source-Tools für Amateurastronomen
XEphem
Alles außer Astrofotografie
Gesichtsfelder
I
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24. November 2009
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XEphem
Digital Sky Survey
Gesichtsfelder einer Canon EOS 450D (roter Kasten) und eines
10 mm-Okulars (roter Kreis) am 1000 mm-Refraktor
Abbildung: Kugelsternhaufen M13
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
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Alles außer Astrofotografie
KStars
Alles außer Astrofotografie
KStars
Zusatzinformationen
I
I
Software-Planetarium u.v.m.
I
http://edu.kde.org/kstars/, GPLv2
I
KDE
I
Ähnlich mächtig wie XEphem.
I
Informative Dokumentation.
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Alles außer Astrofotografie
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Die Objektdatenbank ist mit Links zu weiteren Informationen und Bildern
angereichert.
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
KStars
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Alles außer Astrofotografie
Verlauf der Gestirne
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KStars
What’s up?
Abbildung: Oppositionsschleife des Saturn (Juni 2008 – September 2009)
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
KStars
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Abbildung: Lohnenswerte Beobachtungsobjekte
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
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Alles außer Astrofotografie
KStars
Alles außer Astrofotografie
Höhe und Zeit
KStars
INDI
Abbildung: Höhe von Objekten über dem Horizont im Verlauf der Zeit
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Alles außer Astrofotografie
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Abbildung: KStars ist ein INDI-Client und kann Teleskope steuern
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
PP3
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Alles außer Astrofotografie
PP3
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PP3
Beispiel
Region um das Sternbild Leier
1
I
Kartengenerator
I
http://pp3.sourceforge.net/
I
In CWEB geschrieben
filename output
summer . tex
switch eps_output
switch pdf_output
on
on
set c e n t e r _ r e c t a s c e n s i o n
set c en t e r _ d e c l i n a t i o n
19.00
38.00
set box_width
set box_height
20
10
set grad_per_cm
3.5
set constellation
LYR
2
3
4
5
6
7
8
I
Gute Karten ersparen viel Zeit beim Suchen von Objekten am Himmel!
9
10
11
12
13
14
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
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Alles außer Astrofotografie
PP3
Alles außer Astrofotografie
Beispiel (Forts.)
PP3
Beispiel (Forts.)
M 39
β
γ
Region um das Sternbild Leier
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
color
color
color
color
color
color
color
color
color
color
color
background
grid
ecliptic
boundaries
highlighted_boundaries
c o n s te l l a t i o n _ l in e s
milky_way
nebulae
stars
labels
text_labels
α
NGC 7000
1.0
0.5
0.5
0.5
0.2
0.0
0.0
0.2
0.0
0.0
0.0
1.0
0.5
0.5
0.6
0.2
0.3
0.0
0.2
0.0
0.0
0.0
M 92
δ
η
1.0
0.5
0.0
1.0
1.0
0.5
1.0
0.2
0.0
0.0
0.0
γ
ε
ζ
M 13
π
α
M 29
NGC 6992
NGC 6995
NGC 6960
γ
ζ
β
M 57
M 56
µ
β
δ
27
28
switch colored_stars
β
off
M 27
Abbildung: Schwan, Leier, Herkules
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Alles außer Astrofotografie
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
libnova
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Alles außer Astrofotografie
libnova
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libnova
Beispiel
I
Bibliothek für astronomische Berechnungen
I
http://libnova.sourceforge.net/, LGPLv2
I
Astronomische Zeitrechnung
I
I
Koordinatentransformation
Ephemeridenberechnung
Berechnet die Auf- und Untergangszeiten der Sonne (UTC), im Bereich von
10 Tagen um jd (als Julianisches Datum).
I
Der Beobachter befindet sich bei den Koordinaten posn.
I
Ein Auf- / Untergang findet statt, wenn sich die Sonne horizon Grad unter
dem Horizont befindet.
I
I
I
I
Mond
Sonne, Planeten
Asteroiden, Kometen
I
Berechnung von Auf-, Durch- und Untergängen
I
Präzession, Nutation, Aberration
I
Atmosphärische Refraktion
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
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Alles außer Astrofotografie
libnova
Alles außer Astrofotografie
Beispiel (Forts.)
INDI
INDI
Auf- und Untergangszeiten der Sonne
I
Instrument Neutral Distributed Interface“
”
http://indi.sourceforge.net/, LGPLv2
I
Einheitliche Steuerschnittstelle für Teleskopzubehör
I
Aktoren:
I
1
2
3
4
f o r ( i = -10; i <= 10; i ++)
{
result = l n _ g e t _ s o l a r _ r s t _ h o r i z o n ( jd + ( d o u b l e )i , posn ,
horizon , & rst );
5
i f ( result < 0)
printf ( " Stets unterm Horizont \ n " );
e l s e i f ( result > 0)
printf ( " Stets ueberm Horizont \ n " );
else
{
ln_get_date ( rst . rise , & rdate );
ln_get_date ( rst . set , & tdate );
printf ( " Auf :
%2 d .%2 d . %02 d :%02 d :%04.1 lf | " , rdate . days ,
rdate . months , rdate . hours , rdate . minutes , rdate . seconds );
printf ( " Unter : %2 d .%2 d . %02 d :%02 d :%04.1 lf \ n " , sdate . days ,
sdate . months , sdate . hours , sdate . minutes , sdate . seconds );
}
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
I
I
I
I
I
I
Sensoren:
I
}
I
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Alles außer Astrofotografie
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Teleskopmontierung
Fokussierer
Filterrad
Kamera (Blendenverschluss)
Kuppel
Kamera (CCD)
Wetterstation
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INDI
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Alles außer Astrofotografie
Funktionsweise
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INDI
Steuerung von INDI-Geräten über die Kommandozeile
Ansteuerung einer Teleskop-Montierung
Client 1
Driver 1
Device A
Client 2
Driver 2
Device B
Driver n
Device D
# P r o p e r t i e s der a n g e s c h l o s s e n e n Treiber abrufen
$ indi_getprop
Celestron GPS . CONNECTION . CONNECT = Off
Celestron GPS . CONNECTION . DISCONNECT = On
Celestron GPS . DEVICE_PORT . PORT =/ dev / ttyS0
Celestron GPS . E Q U A T O R I A L _ E O D _ C O O R D . RA =0
Celestron GPS . E Q U A T O R I A L _ E O D _ C O O R D . DEC =0
Celestron GPS . ON_COORD_SET . SLEW = On
Celestron GPS . ON_COORD_SET . TRACK = Off
Celestron GPS . ON_COORD_SET . SYNC = Off
Celestron GPS . T E L E S C O P E _ A B O R T _ M O T I O N . ABORT = Off
Celestron GPS . Slew rate . Slew = On
Celestron GPS . Slew rate . Find = Off
Celestron GPS . Slew rate . Centering = Off
Celestron GPS . Slew rate . Guide = Off
Server
Client m
Socket
Pipe
Abbildung: Architektur von INDI
I
# V e r b i n d u n g zum C o n t r o l l e r der M o n t i e r u n g via / dev / ttyUSB0 h e r s t e l l e n
$ indi_setprop " Celestron GPS . DEVICE_PORT . PORT =/ dev / ttyUSB0 "
$ indi_setprop " Celestron GPS . CONNECTION . CONNECT = On "
Prinzip des INDI-Protokolls: Treiber beschreiben ihre Fähigkeiten selbst!
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
24. November 2009
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Astrofografie
Astrofografie
Bearbeitungspipeline für Astrofotos
1. Datenerfassung, RAW-Dekodierung
3. Astrofografie
Bild-Dekodierung
FITS-Tools
Kalibrierung, Registrierung, Stacking
Nachbearbeitung
I
I
Video4Linux (CCD-Kameras)
DCRaw, UFRaw (Digitale Spiegelreflexkameras)
2. FITS-Tools, FITS-Betrachter
3. Kalibrierung
4. Registrierung
5. Stacking
I
diverse Tools
6. Nachbearbeitung
I
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
Astrofografie
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CinePaint
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Bild-Dekodierung
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
Astrofografie
Bild-Dekodierung
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FITS-Tools
FITS-Tools
DCRaw http://www.cybercom.net/~dcoffin/dcraw/
UFRaw http://ufraw.sourceforge.net/
I
Flexible Image Transport System“
”
Format für astronomische Daten (Bilder, Tabelle, Spektren, . . . )
I
http://fits.gsfc.nasa.gov/
I
Konvertierung RAW −→ FITS
CFITSIO http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/software/fitsio/
fitsio.html
$ dcraw -r 1 1 1 1 -4 -t 0 -c <RAW - Image > | pnmtofits > < FITS - Image >
$ ufraw - batch -- base - curve = linear -- out - depth =16 -- out - type = fits
-- rotate = no -- conf = convert . ufraw
<RAW - Image >
WCSTools http://tdc-www.harvard.edu/software/wcstools
MissFITS http://astromatic.iap.fr/software/missfits
qfits http://www.eso.org/projects/aot/qfits/
Bei UFRaw kann der Weißabgleich nur über ein ID-File abgestellt werden!
Funtools http://www.cfa.harvard.edu/~john/funtools/
convert.ufraw
FITS in RGB-Kanäle aufspalten
1
2
3
4
<? xml v e r s i o n = " 1.0 " encoding = " utf -8 " ? >
< UFRaw Version = ’7 ’ >
< C ha n n e l M u lt i pl ie r s > 1.000000 1.000000 1.000000 </ C ha nn e lM u lt ip l ie r s >
</ UFRaw >
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$ missfits <RGB - FITS > - OUTFILE_TYPE SLICE - SLICE_KEYWORD NAXIS3
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Astrofografie
FITS-Tools
Astrofografie
FITS-Betrachter
Kalibrierung, Registrierung, Stacking
Notwendigkeit der Kalibrierung
FITSview http://www.nrao.edu/software/fitsview/
DS9 http://hea-www.harvard.edu/RD/ds9
Die vom Bildsensor gemessenen Werte S(x, y) entsprechen nicht der tatsächlichen
Intensitätsverteilung des Bildes I(x, y).
S(x, y) = B(x, y) + t · D(x, y, ϑ) + t · G(x, y) · I(x, y) + Rauschen
t Belichtungszeit
ϑ Sensor-Temperatur
B Vorladung der Pixel-Zellen (Bias)
D Dunkelstrom der Pixel-Zellen (therm. Generation, Hot-Pixel)
G Wichtung der Pixel (Staub auf Sensor, Abschattung, Dead-Pixel)
=⇒ Korrektur der Aufnahmen durch Kalibrierungsbilder notwendig.
Light-Frame I(x, y) . . . Aufnahme des Zielobjekts
Dark-Frame I(x, y) = 0, t und ϑ exakt wie Light-Frame
Flat-Frame I(x, y) = const
Abbildung: DS9 im Einsatz (Motiv: M27)
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
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Astrofografie
Flat-Dark-Fr. I(x, y) = 0, t und ϑ exakt wie Flat-Frame
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Kalibrierung, Registrierung, Stacking
Astrofografie
Ablauf der Kalibrierung
Darks
P
Flats
−
Flat-Darks
P
I
/
Align &
P
Hier dominieren eher Windows-Tools
DeepSkyStacker http://deepskystacker.free.fr/
IRIS http://www.astrosurf.com/buil/us/iris/iris.htm
RegiStax http://www.astronomie.be/registax/
GIOTTO http://www.videoastronomy.org/giotto.htm
I
Software, die unter Linux läuft
SIRIL http://dulle.free.fr/alidade/siril.php?lan=en
AstroBuffer http://freshmeat.net/projects/astrobuffer/
GCX http://astro.corlan.net/gcx/
THELI http://www.astro.uni-bonn.de/~mischa/theli.html
XVISTA http://ganymede.nmsu.edu/holtz/xvista/
XVista http://spiff.rit.edu/tass/xvista/
IRAF http://iraf.noao.edu/
I
Spanne reicht von einfaches Tool“ (SIRIL) bis Software die für das
”
Hubble-Weltraumteleskop Anwendung findet (IRAF).
I(x, y) + Rauschen
P
| |
Je mehr Frames gemittelt werden, umso besser wird am Ende das
Signal-Rausch-Verhältnis.
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
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Kalibrierung, Registrierung, Stacking
I
Schema
−
24. November 2009
Kalibrierung, Registrierung, Stacking
S(x, y) = B(x, y) + t · D(x, y, ϑ) + t · G(x, y) · I(x, y) + Rauschen
Lights
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
24. November 2009
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Astrofografie
Kalibrierung, Registrierung, Stacking
Astrofografie
Stacking mit GCX
Nachbearbeitung
CinePaint
I
I
GCX kann jeweils nur einen Farbkanal verarbeiten.
I
Stacking-Einstellungen in ~/.gcxrc
I
I
GIMP-Spinoff
Mehr als 8Bit Farbtiefe pro Kanal!
http://www.cinepaint.org/
Reduktion des roten Kanals mit GCX
# Flat - Darks s u m m i e r e n
$ gcx -s -o flatdark . red . fits flatdark /*. red . fits
# Flats k a l i b r i e r e n und s u m m i e r e n
$ gcx -d flatdark . red . fits -s -o flat . red . fits flat /*. red . fits
# Darks s u m m i e r e n
$ gcx -s -o dark . red . fits dark /*. red . fits
# Lights k a l i b r i e r e n
$ gcx -d dark . red . fits -f flat . red . fits -o calibrated light /*. red . fits
# K a l i b r i e r t e Lights an R e f e r e n z b i l d a u s r i c h t e n und stacken
gcx -a calibrated / referenz . red . fits -s -o stack . red . fits \
calibrated /*. red . fits
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Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Weitere Informationen
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
24. November 2009
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Weitere Informationen
Software die den Rahmen dieses Vortrags sprengen würde
I
AstrOmatic
I
I
4. Weitere Informationen
I
cdsclient
I
I
I
I
I
Open-Source-Tools für Amateurastronomen
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Automatisierte Aufnahme von digitalen Astrofotos
http://www.audela.org/
RTS
I
Mario Haustein (UNIX-Stammtisch)
Zugriff auf die VizieR-Datenbank
http://cdsweb.u-strasbg.fr/doc/cdsclient.html
Audela
I
I
Tool-Sammlung für astronomische Bearbeitungs-Pipelines
http://astromatic.iap.fr/
Betrieb von Remote-Teleskopen
http://rts2.org/
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Weitere Informationen
Weitere Informationen
Informations- und Datenquellen
I
heavens-above
I
I
I
I
I
I
Interessantes Astro-Blog
http://www.universetoday.com/
Der Sternenhimmel 2010
Hans Roth; Kosmos-Verlag
ISBN 978-3440118009
Daten über Objekte des Sonnensystems
http://ssd.jpl.nasa.gov/
Deep Sky Reiseführer
Ronald Stoyan; Oculum-Verlag
ISBN 978-3-9807540-7-1
VizieR
I
I
I
Ahnerts Astronomisches Jahrbuch 2010
Spektrum der Wissenschaft
ISBN 978-3-941205-27-7
JPL Solar System Dynamics
I
I
interstellarum
Monatliche Zeitschrift, Oculum-Verlag
ISSN 0946-9915
Überflüge / Orbits von Raumfahrzeugen, Weltraumschrott etc.
Position / Bahndaten von Kometen, Kleinplaneten etc.
http://www.heavens-above.com/
Universe Today
I
I
Literatur
Umfangreiche Katalogdatenbank
http://vizier.u-strasbg.fr/cgi-bin/VizieR
Weitere Webseiten
I
I
Digitale Astrofotografie
Ronald Stoyan; Oculum-Verlag
ISBN 978-3-938469-27-9
http://www.linuxastro.org/
http://bima.astro.umd.edu/nemo/linuxastro/
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