Nightfall Dokumentation

Terminologie

In Nightfall ist die Primärkomponente der Stern, der zuerst (bei Phase Null) vor dem Begleiter vorbeizieht. Die Sekundärkomponente wird also zuerst bedeckt.

Das Massenverhältnis ist definiert als Masse(Sekundärk.)/Masse(Primärk.), ist also größer als 1.0 wenn die Sekundärkomponente die höhere Masse besitzt.

Die Inklination ist der Winkel, unter dem die Bahnebene des Doppelsterns von der Erde aus erscheint. Nur für Inklinationswinkel nahe 90 Grad (Seitenansicht) ist eine Bedeckung möglich.

Das Roche-Volumen ist die maximale Größe, die ein Stern in einem Doppelsternsystem haben kann. Es ist etwa tropfenförmig, und in der Größe abhängig vom Massenverhältnis -- der massereichere Stern hat das größere Roche-Volumen. Wenn die Größe der Sterne das Roche-Volumen überschreitet, bilden sie ein System mit einer gemeinsamen Hülle.

Um die Größe der zwei Sterne zu definieren, müssen die Füllfaktoren beider Sterne (das Maß, in dem sie ihr jeweiliges Roche-Volumen ausfüllen) angegeben werden. Der Füllfaktor ist definiert in Einheiten des maximalen polaren Radius (also des polaren Radius des jeweiligen Roche-Volumens.

Die Temperatur ist die Oberflächentemperatur der Sterne (in Kelvin). Die Helligkeit eines Sterns hängt ab von seiner Oberfläche (also Größe) und seiner Temperatur.

Grenzwerte

Zur Vermeidung numerischer Probleme sind alle Parameter auf sinnvolle Werte eingeschränkt. Die Grenzwerte sind:
          Massenverhältnis:        0.0001 - 10000
          Inklination:             0     - 90
          Füllfaktor:              0.001 - 1.3
          Temperatur:              350   - 350000 
                                        (Schwarzkörper)
                                   3000 - 35000  
                                        (Modellatmosphäre)
Falls ein Parameter außerhalb des gültigen Bereiches ist, wird er zurückgesetzt auf den Grenzwert. Für Füllfaktoren über eins ist das Massenverhältnis auf 0.003 - 50 beschränkt.

Terminal-Ausgabe

Warnungen schaltet die Ausgabe von Warnungen ein (z.B. Parameter außerhalb des gültigen Bereichs). Meistens handelt es sich um Probleme, die das Programm selbstständig löst. Falls Nightfall sich weigert, ein gewünschtes Modell zu berechnen, kann diese Option recht hilfreich sein ...

Zwischenergebnisse gibt (viele) Zwischenergebnisse aus. Eher für Experten gedacht.

Status gibt aktuelle Status-Information aus. Nützlich im Falle länglicher Rechnungen (z.B. Datenanpassung), damit man sieht, daß das Programm noch 'lebt'.

MENÜLEISTE

Im oberen Teil des Fensters der Anwendung befindet sich eine Menüleiste mit den folgenden Menüs:

Datei

Daten lesen Diese Option ermöglicht es, beobachtete Daten aus einer Datei zu lesen, z.B. zur Anpassung eines Modells. Das Format der Datei wird im Handbuch erklärt, siehe auch die mitgelieferten Beispieldateien.

Speicher löschen Vor Einlesen von Daten für einen neuen Stern sollte diese Funktion benutzt werden, um alle Daten für den aktuellen Stern aus dem Speicher zu löschen, sonst wird's etwas chaotisch ... Es ist nicht möglich, selektiv nur Teile der Daten zu löschen.

Konfiguration lesen Erlaubt es, eine Datei zu lesen, die die Geometrie eines Doppelsterns definiert. Zum Format siehe Handbuch oder die mitgelieferten Beispieldateien. Wichtig Letztere enthalten Anweisungen zum Lesen von Daten, daher sollte die Speicher löschen Funktion zuvor aktiviert werden.

Konfiguration speichern Hiermit wird die aktuelle Geometrie des Doppelsterns (inklusive Sternflecken etc.) für spätere Verwendung in eine Datei abgelegt. Befehle zum Lesen der aktuellen Daten werden automatisch eingefügt.

Beenden beendet die Anwendung.

Ausgabe

Lichtkurve stellt die berechnete Lichtkuve dar. Falls Beobachtungsdaten für den gewählten Filter vorhanden sind, werden sie ebenfalls eingezeichnet. Der Filter und der gewünschte Teil der der Lichtkurve kann auf Seite Darstellung gewählt werden. Natürlich muß erst einmal eine Lichtkurve berechnet werden.

SternBlick zeigt den Stern so, wie ein naher Beobachter ihn sehen würde. Der Phasenwinkel und die Inklination können interaktiv gewählt werden.

RocheSchnitt erlaubt es, einen Schnitt durch das Roche-Potential zu sehen. Es ist möglich, interaktiv zwischen X-Y Ebene (Bahnebene) und X-Z Ebene (senkrecht zur Bahnebene) zu wechseln. Auch die Höhe über der gewählten Ebene kann variiert werden.

Geometrie bietet ein paar nette Grafiken (nicht- interaktive versionen von und SternBlick, im wesentlichen).

Datenblatt öffnet ein Fenster zur Anzeige von Daten über den Doppelstern, z.B. individuelle Massen, größten (Punkt-) und kleinsten (polaren) Radius, mittlere Temperaturen etc. Im wesentlichen ist dies der Kopfteil der Ausgabedatei NightfallCurve.dat.

Linienprofil zeigt das Profil einer Absorptions- linie im Spektrum des Sterns. Die Phase kann interaktiv variiert werden. Erfordet zuvor eine Berechnung des Linienprofils.

Fortgeschrittene Optionen

Asynchrone Rotation

Synchrone Rotation bedeutet, daß beide Sterne mit der Bahnperiode rotieren, sodaß sie sich immer die gleiche Seite zukehren (wie der Mond zur Erde). Asynchrone Rotation bedeutet also, daß die Sterne schneller oder langsamer als mit der Bahnperiode rotieren. Die asynchrone Rotationsrate F_Rate ist definiert relativ zur Bahnperiode, d.h. ein Wert von 1.0 entspricht synchroner Rotation. Wichtig Der kritische Radius eines Sterns hängt ab von F_Rate. Für Werte größer 1.0 schrumpft er, d.h. Sterne mit einem Füllfaktor von 1.0 (beide) sind nicht mehr in Kontakt. Für Werte kleiner 1.0 expandiert er, d.h. Sterne können sich 'schneiden', sogar mit einem Füllfaktor kleiner 1.0.

Exzentrische Bahn

Aufgrund der Kepler-Gesetze ist die Form der Bahn eine Ellipse. Meistens ist die Bahn nahe einem Spezialfall von Ellipsen - ein Kreis. Manchmal jedoch ist die Bahn eines Doppelsterns deutlich exzentrisch, also nicht kreisförmig. Um eine exzentrische Bahn zu definieren, sind zwei Parameter nötig:
Exzentrizität ist definiert als (r2 - r1)/(r2 + r1), wobei r1 der kleinste und r2 der größte Abstand ist. Offensichtlich entspricht eine Exzentrizität von 0.0 einer Kreisbahn. Die Obergrenze in Nightfall ist 0.95 (etwas beliebig).
Länge des Periastrons ist die Länge (in Grad) des Periastrons, d.h. des Punktes der Bahn, an dem die Sterne sich am nähesten kommen.

Anteilige Sichtbarkeit

Berechnung anteiliger Sichtbarkeit (anteiliger Bedeckung) individueller Oberflächenelemente, die am Rand des Schattens liegen. Ergibt eine glattere Lichtkurve in problematischen Fällen (erkennbar an 'Spitzen' in der Kurve während der Bedeckung).

Modellatmosphäre

Benutzung von (tabellierten) Flüssen aus theoretischen Berechnungen von Modellatmosphären, anstelle der Schwarzkörper-Näherung für Flüsse.

Detaillierte Reflektion

Standardmäßig wird die Beleuchtung durch den Begleitstern so behandelt, als ob dieser eine Punktquelle sei. Das kann zu falschen Ergebnissen führen, wenn der Begleiter einen großen Füllfaktor hat. Mit detaillierter Reflektion wird die gegenseitige Beleuchtung über alle Paare von Oberflächenelementen berechnet. Durch mehrere Iterationen (2-3) kann die Genauigkeit weiter gesteigert werden. Da dies ein N^2 Algorithmus ist, ist er etwas langsam...

Randverdunkelung

Der Rand eines Sterns ist dunkler als die Mitte der sichtbaren Scheibe. Zur Berücksichtigung dieses Effektes stehen verschiedene Näherungen zur Verfügung, die die Randverdunkelung als Funktion des Winkel- abstands zum Rand beschreiben: entweder ein einfaches lineares Gesetz, ein quadratisches Gesetz oder eine Wurzelfunktion. Da es auch eine Abhängigkeit von der Temperatur gibt (die nicht konstant ist über die Sternoberfläche), gibt es auch eine Option, die Rand- verdunkelung für jedes Oberflächenelement individuell zu rechnen.

Schrittzahl

Hiermit wird festgelegt, mit welcher Anzahl von Schritten die Lichtkurve berechnet wird.

Linienprofil

Diese Option ermöglicht es, für jeden Schritt im Phasenwinkel das Profil einer Absorptionslinie im Spektrum des Sterns zu berechnen. Das Resultat kann mit der Option Linienprofil im Ausgabe-Menü betrachtet werden.

Darstellung

Optionen für Lichtkurve

Alle diese Optionen haben nur für folgende Darstellungen eine Wirkung.

Eine Phase stellt die Lichtkurve für eine volle Bahnperiode dar.
Zwei Phasen stellt die Lichtkurve für zwei aufeinander folgende Bahnperioden dar.
Zoom Bedeckung (P) und Zoom Bedeckung (S) zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Bedeckung der Primär- bzw. Sekundärkomponente.
Falls Beobachtungsdaten für den gewählten vorhanden sind, werden sie mit eingezeichnet.

Filter: Nightfall berechtet die Lichtkurve für mehrere verschiedene Filter, die in der Astronomie benutzt werden. Jeder dieser Filter ist nur für einen bestimmten Bereich von Wellenlängen des Lichtes empfindlich (ebenso wie auch das menschliche Auge). Es besteht die Wahlmöglichkeit zwischen den UBVRIJHK Breitband-Filtern, die vom ultravioletten (U) bis ins infrarote (JHK) reichen, und den Schmalbandfiltern des Strömgren uvby Systems. Die Empfindlichkeit des menschlichen Auges entspricht am besten den V und Stroemgren v Filtern.

Optionen für Geometrie

Diese Wahlmöglichkeiten umfassen die Darstellung des Roche-Potentials (bzw. eines Schnittes in der Bahnebene), und die Darstellung der Sterne selbst, bzw. des Netzes auf der Oberfläche, durch das sie repräsentiert werden.

In der Darstellung des Roche-Potentials werden Kontur- linien für die Sterne, die Roche-Volumina, und für das Lagrange 2 Potential (das Kontaktsysteme begrenzt) eingezeichnet.

Postscript

Wenn diese Option eingeschaltet ist, wird die Ausgabe von Lichtkurve und Geometrie in eine Postscript- Datei Nightfall.ps umgelenkt. Diese Datei wird bei jeder neuen Darstellung überschrieben.

Data Fitting

Name

Zur Benennung des Doppelsterns (wird mit abgespeichert beim Schreiben einer Konfigurationsdatei).

Masse und Abstand

Zur Berechnung einer Radialgeschwindigkeitskurve werden die Bahnperiode, die Gesamtmasse und der Abstand der Sterne in absoluten Einheiten benötigt. (in Nightfall: Tage, Sonnenmassen, und Sonnenradien). Nur zwei dieser drei Angaben sind notwendig, die dritte folgt dann aus den Keplergesetzen (Eingabefeld leer setzen und Berechnen benutzen, um den korrekten Wert zu erhalten).

Anpassen

Hiermit wird unter Benutzung des Simplex Algorithmus diejenigen Kombination von Parametern ermittelt, die die beste Übereinstimmung zwischen theoretischer Licht/Radialgeschwindigkeitskurve und beobachteten Daten ergibt. Automatische Datenanpassung hat eine Reihe von Problemen - die nicht mit diesem speziellen Algorithmus zusammenhängen - die etwas detaillierter im Handbuch diskutiert werden. Nach Ende der Anpassung werden die Parameter automatisch auf die ermittelten besten Werte gesetzt. Es ist empfehlenswert, den Algorithmus mindestens einmal mit den gefunden Werten neu zu starten.
Alle eingelesenen Daten werden simultan angepasst.
Alle Parameter, für die die Option FIT eingeschaltet ist, werden angepasst. Alle anderen bleiben konstant.

Simuliertes Abkühlen

Dieser Schalter bewirkt, daß statt des Simplex Algorithmus ein alternativer Algorithmus benutzt wird, der in stochastischer Weise den gesamten Parameterraum durchsucht. Sehr zeitaufwendig.

Kartierung

Mit dieser Option wird eine zweidimensionale Karte der Kostenfunktion (die ein Maß für die Güte der Datenanpassung ist), in Bezug auf zwei Parameter erstellt. Startwerte sind die aktuellen Werte, Schrittweiten können eingegeben werden. Die Anzahl der Schritte beträgt 16 x 16, d.h. 256 Modelle werden gerechnet.

Sternflecken

Die maximale Zahl von Sternflecken pro Stern wird beim Kompilieren des Programmes festgelegt, der Standardwert ist zehn. Nur zwei Flecken pro Stern können interaktive definiert werden. Jeder dieser zwei Flecken kann separat ein/ausgeschaltet werden. (Weitere Sternflecken können auf der Kommandozeile oder in einer Konfigurationsdatei definiert werden).

Zur Definition eines Sternflecks sind die folgenden vier Parameter notwendig:

Länge in Grad, im Uhrzeigersinn von der Linie, die von der Primär- zur Sekundärkomponente zeigt.

Breite in Grad, vom Äquator aus.

Radius in Grad.

Helligkeit ist der (dimensionslose) Faktor, mit dem die Temperatur des Flecks relativ zur Sternoberfläche variiert. (Die tatsächliche Helligkeit ist proportional zur vierten Potenz der Temperatur !)

Tertiärkomponente

Hiermit ist es möglich, den eventuellen Beitrag eines dritten Sterns (Tertiärkomponente) zur Gesamthelligkeit zu berücksichtigen, getrennt für die verschiedenen Filter.

Eine Tertiärkomponente wird betrachtet als ein Stern der nie bedeckt wird, d.h. er wird nicht auf Bedeckung getestet. Er hat jedoch eine Auswirkung auf den Kontrast einer Bedeckung, also die Tiefe des Lichtminimums.

Tertiäres Licht ist definiert durch die Gleichung L1 + L2 + L3 = Gesamthelligkeit = 1.0, wobei L1, L2 der Beitrag des Doppelsterns ist, und L3 derjenige der Tertiärkomponente. Der erlaubte Bereich für L3 reicht von 0.0 bis 0.98.

GNOME session management

Nightfall unterstützt GNOME session management. Normalerweise werden nur wenige Einstellungen gesichert (siehe das Menü Optionen->Einstellungen). Wenn Nightfall jedoch beim Beenden der GNOME-Sitzung läuft und die aktuelle Sitzung beim Beenden gesichert wird, wird bei der nächsten GNOME-Sitzung der Zustand von Nightfall voll wiederhergestellt.