Выпускная работа специальность "Прикладное программирование"

(специальность "Прикладное программирование")

учащегося группы П-11.1 Веселовского Ильи Владимировича

учащегося группы П-11.2 Черкасова Александра Александровича

Руководитель:	Розенштейн С.А.
Консультанты:	Завриев Н.К. Конев А.А.

Москва - 2005

Глава 1. Введение

Постановка задачи

Исследование процесса эволюции двойных звезд – это задача, требующая использования сложной и дорогой техники; настоящая работа призвана облегчить изучение данного раздела астрономии в школах и ВУЗах посредством компьютерной визуализации и моделирования процесса аккреции вещества в двойных звездных системах.

Цели и задачи разработки

• 
  Разработка физической модели;
  
• 
  Визуализация физической модели и разработка удобного пользовательского интерфейса;
  
• 
  Основная задача работы– построение астрономического объекта “двойная звезда” не противоречащего математической модели.
  

Основные понятия и определения

Аккреция вещества отражает состояние взаимодействия между компонентами системы и позволяет изучать параметры компонентов, в частности массу. Это дает возможность правильно классифицировать аккрецирующий компонент двойной системы как нейтронную звезду или Черную дыру. Явление аккреции в двойных системах предполагает с одной стороны разные механизмы своей реализации, с другой имеет своим следствием разнообразнейший набор наблюдательных данных, описывающих такие свойства этих систем как масса, вращательный момент, магнитное поле, температура, энергия и спектр излучения.

1. Аккреция вещества отражает состояние взаимодействия между компонентами системы и позволяет изучать параметры компонентов, в частности массу. Это дает возможность правильно классифицировать аккрецирующий компонент двойной системы как нейтронную звезду или Черную дыру. Действительно, в зависимости от свойств аккрецирующего компонента вещество, перетекающее на него с другого компонента двойной, испытывает ускорение, которое сопровождается излучением определенной интенсивности, соответствующим участком спектра. Наличие магнитного поля в окрестности аккрецирующего компонента также определяет «траекторию» потока, его конфигурацию. Если аккрецируемый поток вещества обладает моментом импульса - очень вероятной характеристикой этого потока, то такой аккрецируемый поток будет непременно трансформироваться в дисковую конфигурацию... Действительно, сохранение момента импульса при условии роста скорости падающего на аккрецирующую звезду потока приводит к росту его центробежного ускорения, большему, чем ускорения силы тяжести. В результате вещество выходит на некоторую орбиту, причем из-за одинаковых начальных условий следующие порции вещества также оказываются на той же орбите. Из-за взаимных столкновений частиц и роста дисперсии скоростей орбита расплывается в диск.

2. Существует несколько механизмов аккреции. Самый очевидный связан с существованием звездного ветра – сферически симметричного потока плазмы с поверхности звезды за счет конвективного движения в поверхностном слое или излучения. Грубо говоря, речь идет об испарении вещества звезды. Другой механизм обязан существованию так называемой полости Роша – поверхности равного потенциала, содержащей общую точку с поверхностью Роша второго компонента двойной системы. Эта точка называется первой точкой Лагранжа, и именно через эту точку происходит перетекание вещества из компонента, заполнившего свою полость Роша, что может быть обеспечено процессом расширения звезды вследствие увеличения внутреннего давления за счет термоядерных реакций в недрах звезды. Очевидно, что первый механизм, обеспечивает практически радиальный поток аккреции при условии, что скорость звездного ветра значительно превышает скорость орбитального движения, тогда как второй из-за вклада орбитального вращения источника должен обеспечивать дисковую аккрецию.

3. Аккреция на звезду приводит к формированию излучения вследствие соударения падающего вещества с поверхностью звезды, например нейтронной. В случае пульсаров, обладающих чрезвычайно большим магнитным полем, аккрецируемый поток, двигаясь вдоль силовых линий должен концентрироваться в области магнитных полюсов пульсара. В то же время молодые пульсары сами являются источниками мощного излучения, и аккреция на них невозможна. Поэтому стадия аккреции в случае нейтронных звезд возможна только по достижении определенного возраста ( порядка миллионов лет) Одним из следствий аккреции на нейтронную звезду может быть зажигание термоядерных реакций на ее поверхности, которые возникают с определенным периодом от нескольких часов до нескольких дней. Такие источники мощного рентгеновского излучения называются барстерами.

4. Таким образом, явление аккреции в двойных системах предполагает с одной стороны разные механизмы своей реализации, с другой имеет своим следствием разнообразнейший набор наблюдательных данных, описывающих такие свойства этих систем как масса, вращательный момент, магнитное поле, температура, энергия и спектр излучения.

• 
  Сценарий эволюции массивной тесной двойной системы.
  
• 
  2 – Первичный обмен масс в системе через внутреннюю точку Лагранжа.
  
• 
  3 – Система WR1+OB2.
  
• 
  4 – стадия двойной системы C+OB’2 , содержащей релятивистский объект (C), но без аккреции и мощного рентгеновского излучения.
  
• 
  5(а) – Рентгеновская двойная система с аккреционным диском вокруг релятивистского объекта;
  
• 
  5(б) – Эволюция с общей оболочкой, приводящая либо к формированию объекта Ландау-Торна-Житков, либо 5(в) к двойной системе C+WR2 типа Cyg X-3. Стадия 5(а) может привести также к формированию объекта типа SS433 со сверхкритическим аккреционным диском вокруг релятивистского объекта , но без общей оболочки. 5(г) – Стадия двух релятивистских объектов.(см рис.1)
  

Глава 2. Актуальность темы

Эта программа является наглядным пособием, которое может использоваться в школах, институтах и других специализированных заведениях.

Доля двойных и кратных звезд в нашей галактике составляет около 50%. Астрономы считают большой удачей, когда интересующий их объект входит в состав двойной системы, поскольку в этом случае оказывается возможным определить важнейшие характеристики объекта: его массу, радиус, температуру, светимость и т.п. Двойные звезды занимают особое место в астрономии, так как только в двойных звездах мы можем проследить эволюцию звёзд. Чтобы проследить эволюцию двойной системы от начала до конца требуется специализированная техника и огромный (~10^5 лет) промежуток времени.

Глава 3. Обзор аналогов

• 
  По предметной области: аналоги существуют, но визуализация (конкретно аккреция вещества) нигде не протекает в том виде, в каком предполагается в программе, аккреция протекает, не показывая сам процесс.
  
• 
  По целям: аналоги есть, но затрагивающие аккрецию, не как основной процесс.
  
• 
  По задачам и функциям: аналогов не найдено.
  

Глава 4. Программа

Описание функций

Общее описание

Описание пользовательского интерфейса

Рис.3 Диалоговое окно изменения параметров.

Глава 5. Направление дальнейших разработок

Глава 6. Выводы

Использованные информационные источники

1. 
   Учебные пособия по программированию: Дж.Круглински “Программирование на Visual C++ 6.0” 2003г., К.Грегори “Использование Visual C++ 6”
   
2. 
   Учебные пособия по астрономической физике: Соросовский Образовательный Журнал, В.П.Липунов “В мире двойных звезд”.
   
3. 
   Интернет ресурсы:
   
4. 
   Народный учебник по OpenGL: http://pmg.org.ru/russian/nehe/index.html
   
5. 
   Первые шаги: www.firststeps.ru
   
6. 
   Ne productions: http://nehe.gamedev.net
   

void CStatistic::SchetKoordinat()

{

double F;// результирующая сила.

double a2[2];

rasstojanie=sqrt((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2));

if((razmerzv1+razmerzv2)>=rasstojanie)// проверка на столкновение

{

MessageBox(NULL,"Звёзды столкнулись, попробуйте ввести другую систему","System",MB_OK);

//t =((GetTickCount() - StartTime+50)/50);

t=10+8*flag;//+10*flag;

StartTime=GetTickCount();

F=-G*m1*m2/((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2));

a1[0]=F/m1*x1/(sqrt(x1*x1+y1*y1));

a1[1]=F/m1*y1/(sqrt(x1*x1+y1*y1));

a2[0]=F/m2*x2/(sqrt(x2*x2+y2*y2));

a2[1]=F/m2*y2/(sqrt(x2*x2+y2*y2));
//x_last[i]=x1;

x1+=(V[0]*t);

//y_last=y1;

y1+=(V[1]*t);

x2+=(V2[0]*t);

y2+=(V2[1]*t);

V[0]+=t*a1[0];

V[1]+=t*a1[1];

//V2[0]+=t*a2[0];

//V2[1]+=t*a2[1];

V2[0]=-V[0]*m1/m2;

V2[1]=-V[1]*m1/m2;

void CStatistic::Acrethion()

{

double r1, r2, zt=GetTickCount();

{

//Координаты точки Лагранжа. (Х, У).

X=(status.x2*status.m1-status.x1*status.m2

+(status.x1-status.x2)/(double)abs((status.x1-status.x2))*sqrt((status.x2*status.m1-status.x1*status.m2)*(status.x2*status.m1-status.x1*status.m2)

-(status.m1-status.m2)*(status.x2*status.x2*status.m1-status.m2*status.x1*status.x1)))/(status.m1-status.m2);

if ((status.x1-status.x2)==0) X=0;

Y=(status.y2*status.m1-status.y1*status.m2

+((status.y1-status.y2))/(double)abs((status.y1-status.y2))*sqrt((status.y2*status.m1-status.y1*status.m2)*(status.y2*status.m1-status.y1*status.m2)

-(status.m1-status.m2)*(status.y2*status.y2*status.m1-status.m2*status.y1*status.y1)))/(status.m1-status.m2);

//////////////////////////

if ((status.y1-status.y2)==0) Y=0;

r1=(x1-Tochki[i].x)*(x1-Tochki[i].x)+(y1-Tochki[i].y)*(y1-Tochki[i].y)+(z1-Tochki[i].z)*(z1-Tochki[i].z);

r2=(x2-Tochki[i].x)*(x2-Tochki[i].x)+(y2-Tochki[i].y)*(y2-Tochki[i].y)+(z2-Tochki[i].z)*(z2-Tochki[i].z);

if((sqrt(r1)<=(razmerzv1)||(sqrt(r2)<=(razmerzv2))))

{

if(sqrt(r1)<=razmerzv1){m1+=1; m2-=1;}

if(sqrt(r2)<=razmerzv2) {m2+=1; m1-=1;}

Tochki[i].x=X;//status.x1;

Tochki[i].y=Y;//status.y1;

Tochki[i].z=0;//status.z1;

Tochki[i].ax=0;

Tochki[i].ay=0;

Tochki[i].az=0;

srand(GetTickCount()+i);

Tochki[i].Vx=((double)rand()/RAND_MAX*0.8-0.4)/50;//+(double)i/20;

Tochki[i].Vy=((double)rand()/RAND_MAX*0.8-0.4)/50;//+(double)i/20;

Tochki[i].Vz=((double)rand()/RAND_MAX*0.8-0.4)/50;//+(double)i/20;

break;
}

//Функции рисования сцены.

void CMFCView::OnDraw(CDC* pDC)

{

// status.SchetKoordinat();

// for(int i=0; i<10000; i++)

// status.SchetKoordinat();

display();

}
void CMFCView::display()

{

double X=(status.x2*status.m1-status.x1*status.m2

+(status.x1-status.x2)/(double)abs(status.x1-status.x2)*sqrt((status.x2*status.m1-status.x1*status.m2)*(status.x2*status.m1-status.x1*status.m2)

-(status.m1-status.m2)*(status.x2*status.x2*status.m1-status.m2*status.x1*status.x1)))/(status.m1-status.m2);

double Y;

Y=(status.y2*status.m1-status.y1*status.m2

+(status.y1-status.y2)/(double)abs(status.y1-status.y2)*sqrt((status.y2*status.m1-status.y1*status.m2)*(status.y2*status.m1-status.y1*status.m2)

-(status.m1-status.m2)*(status.y2*status.y2*status.m1-status.m2*status.y1*status.y1)))/(status.m1-status.m2);

glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );
glLoadIdentity();

glTranslatef(0.0, 0.0, status.zoom);

glTranslated(0,status.slideY,0);

glTranslated(status.slideX,0,0);

status.SchetKoordinat();

if(status.flag==0)

{

status.razmerzv1+=status.m1/status.m2*0.01;

status.razmerzv2+=status.m2/status.m1*0.01;

if (status.razmerzv1>status.RAZM_MAX1) status.flag=1;

if (status.razmerzv2>status.RAZM_MAX2) status.flag=2;

}

// else

// {

// if ((status.razmerzv1

// }

glPushMatrix();

if((status.flag==1)&&(status.delta>=1)) //Åñëè èä¸ò àêêðåöèÿ 1

{

//DrawSphere íåìíîãî èçìåíåíà - äîáàâëåí ïàðàìåòð, îòâå÷àþùèé çà ðàçìåðû êîíóñà

glColor3d(0.90,0.95,0.90);

status.DrawSphere(status.x1,status.y1,status.z1,status.razmerzv1+status.delta/10,status.razmerzv1+status.delta/10);

// glColor3d(0,1,0);

status.DrawSphere(status.x2,status.y2,status.z2,status.razmerzv2,0);

}

else if((status.flag==2)&&(status.delta>=1)) //Åñëè àêêðåöèÿ íå èä¸ò, òî ðèñóþòñÿ ïðîñòî ñôåðû

{

glPushMatrix();

glColor3d(0.90,0.95,0.90);

status.DrawSphere(status.x1,status.y1,status.z1,status.razmerzv1,0);

// glColor3d(0,1,0);

status.DrawSphere(status.x2,status.y2,status.z2,status.razmerzv2,status.razmerzv2+status.delta/10);

}

else

{

glPushMatrix();

glColor3d(0.90,0.95,0.90);

status.DrawSphere(status.x1,status.y1,status.z1,status.razmerzv1,0);

// glColor3d(0,1,0);

status.DrawSphere(status.x2,status.y2,status.z2,status.razmerzv2,0);

}

glColor3d(0,0,0);

status.DrawSphere(X,Y,0,2,0);

if(status.flag) {

status.t=2;

status.Acrethion();

for(long int i=0;i

{//if((i!=0)&&((abs(Tochki[i].x-Tochki[i-1].x)<=10)||(abs(Tochki[i].y-Tochki[i-1].y)<=10)||(abs(Tochki[i].z-Tochki[i-1].z)<=0))) break;

//status.DrawSphere(15,15+i,15,2);

status.DrawSphere(Tochki[i].x,Tochki[i].y,Tochki[i].z,2,0);

}

}

//Оси координат

float xx,yy,zz;

if(m_Coord==1)

{

glPointSize(1);

glPushMatrix();

glBegin(GL_POINTS);

glColor3d(0,0,0);

//status.DrawSphere(0,0,0,-status.zoom/150);

for(xx=-300;xx<300;xx+=0.1)

{

glVertex3d(xx,0,0);

}

for(xx=300;xx>280;xx-=0.1)

{

glVertex3d(xx,100-xx/3,0);

}

for(xx=300;xx>280;xx-=0.1)

{

glVertex3d(xx,-100+xx/3,0);

}

glEnd();
glBegin(GL_POINTS);

for(yy=-250;yy<250;yy+=0.1)

{

glVertex3d(0,yy,0);

}

for(yy=250;yy>230;yy-=0.1)

{

glVertex3d(83-yy/3,yy,0);

}

for(yy=250;yy>230;yy-=0.1)

{

glVertex3d(-83+yy/3,yy,0);

}

glEnd();
glBegin(GL_POINTS);

for(zz=-200;zz<200;zz+=0.1)

{

glVertex3d(zz,zz/2,0);

}

for(zz=-200;zz<-180;zz+=0.1)

{

glVertex3d(zz,zz/1.2+68,0);

}

for(zz=-200;zz<-180;zz+=0.1)

{

glVertex3d(zz,zz/4.5-56,0);

}

glEnd();

}

glPopMatrix();

glFinish();

SwapBuffers(wglGetCurrentDC());

}

void CStatistic::DrawSphere(double x,double y,double z, double size, double cone_size)

{

glPushMatrix();

glTranslated(x, y, z);

//PolygonalSphere(size, 32, 32);

glutSolidSphere(size,32,32);

if(accr==TRUE) //Åñëè íà÷àëàñü àêêðåöèÿ

{

glColor3d(0.95,0.95,0.9);

glRotated(180,1,0,0); //Ïîâîðîò êîíóñà íà 180 ãðàäóñîâ, îðèåíòèðîâàíèå åãî â ñòîðîíó ê òî÷êå Ëàãðàíæà

glutSolidCone(cone_size,cone_size+delta,30,30); //Ðèñîâàíèå êîíóñà

delta+=0.01; //Óâåëè÷åíèå ïåðåìåííîé, îòâå÷àþùåé çà äëèíó êîíóñà

}

//glColor3d(0,0,0);

glPopMatrix();

}

#define CACHE_SIZE 240

#define SIN sinf

#define COS cosf

#define M_PI 3.141592653

void CStatistic::PolygonalSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks)

{

GLint i, j;

GLfloat sinCache1a[CACHE_SIZE];

GLfloat cosCache1a[CACHE_SIZE];

GLfloat sinCache2a[CACHE_SIZE];

GLfloat cosCache2a[CACHE_SIZE];

GLfloat sinCache1b[CACHE_SIZE];

GLfloat cosCache1b[CACHE_SIZE];

GLfloat sinCache2b[CACHE_SIZE];

GLfloat cosCache2b[CACHE_SIZE];

GLfloat angle;

GLfloat zLow, zHigh;

GLfloat sintemp1, sintemp2, sintemp3, sintemp4;

GLfloat costemp3, costemp4;

if (slices >= CACHE_SIZE) slices = CACHE_SIZE - 1;

if (stacks >= CACHE_SIZE) stacks = CACHE_SIZE - 1;

if (slices < 2 || stacks < 1 || radius < 0.0)

return;

for (i = 0; i < slices; i++)

{

angle = 2 * M_PI * i / slices;

sinCache2a[i] = sinCache1a[i] = SIN(angle);

cosCache2a[i] = cosCache1a[i] = COS(angle);

}

for (j = 0; j <= stacks; j++)

{

angle = M_PI * j / stacks;

sinCache2b[j] = SIN(angle);

cosCache2b[j] = COS(angle);

sinCache1b[j] = (float)radius * sinCache2b[j];

cosCache1b[j] = (float)radius * cosCache2b[j];

}

/* Make sure it comes to a point */

sinCache1b[0] = 0;

sinCache1b[stacks] = 0;

sinCache1a[slices] = sinCache1a[0];

cosCache1a[slices] = cosCache1a[0];

sinCache2a[slices] = sinCache2a[0];

cosCache2a[slices] = cosCache2a[0];

for (j = 0; j < stacks; j++)

{

zLow = cosCache1b[j];

zHigh = cosCache1b[j+1];

sintemp1 = sinCache1b[j];

sintemp2 = sinCache1b[j+1];

sintemp3 = sinCache2b[j+1];

costemp3 = cosCache2b[j+1];

sintemp4 = sinCache2b[j];

costemp4 = cosCache2b[j];

glBegin(GL_QUAD_STRIP);

for (i = 0; i <= slices; i++)

{

glNormal3f(sinCache2a[i] * sintemp3, cosCache2a[i] * sintemp3, costemp3);

glTexCoord2f(1 - (float)i / slices, 1 - (float) (j+1) / stacks);

glVertex3f(sintemp2 * sinCache1a[i], sintemp2 * cosCache1a[i], zHigh);

glNormal3f(sinCache2a[i] * sintemp4, cosCache2a[i] * sintemp4, costemp4);

glTexCoord2f(1 - (float)i / slices, 1 - (float) j / stacks);

glVertex3f(sintemp1 * sinCache1a[i], sintemp1 * cosCache1a[i], zLow);

}

glEnd();

}

жүктеу/скачать 153.01 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: