Paribu Art · Gözlem Evi

Gözlem Evi
Paribu Art'ın Sanal Uzay Teleskopu

Gerçek astronomi verisiyle çalışan, Ay'ı gökyüzünde nereye giderse takip eden bir gözlem evi. Unreal Engine içinde projeyi nasıl kurduğumuzun ve yol boyunca çözdüğümüz problemlerin kaydı.

Unreal Engine 5.6 CelestialVault NASA LRO · LOLA HYG 4.2
Bugünün Ay fazı
— hesaplanıyor
Bu disk, sayfayı açtığınız tarihe göre çizildi.
Konsept

Yıldızlı Pelerinini Giyip Geceye Karışan Bina

Paribu Art, bir gözü uzaya bakan, meraklı, araştırmacı ve gördüklerini etrafa anlatmaya hevesli bir mekandır. Geceleri yıldızlı pelerinini giyer, bir gözlem evine dönüşür ve tepesindeki kocaman sanal teleskobuyla uzaya bakar, gördüklerini simüle edip ekranlarına yansıtır.

Paribu Art'ın tepesine konumlandığını varsaydığımız uzay teleskobu ilk olarak Ay'ı gözüne kestirmiştir. Ay nereye gitse ona bakacak, takip edecek, o günkü ay fazını hesaplayacak, o gün o saatteki yıldız haritasını da baktığı açıdan birebir önümüze sunacaktır.

Ayın kendisine en yakın ve en uzak olduğu konumlara göre büyüklüğü ve parlaklığını da hesaplayacak ve gösterecek, dünyaya etkisini, gel git kuvvetini de dikkate alacak, o an arkasına aldığı gezegen ve takımyıldızlarla beraber dolunayda göz kamaştıracak.

Gözlemevinin anlatması gereken şeylerin listesi belliydi, ve her biri ayrı bir hesap gerektiriyordu:

  • O anki Ay fazı — hilalin hangi tarafta, ne kadar dolu olduğu
  • Med Cezir — Ay'ın saate göre Dünya'ya en yakın ve en uzak konumlara göre değişerek görünen büyüklüğü ve parlaklığı
  • Paribu Art'tan Ay'a baktığımızda arkasında o anda hangi gezegenler ve takımyıldızların durduğu
  • Üzerimizi saran tüm yıldız haritasının doğru konum ve doğru renk spektrumunda gösterilmesi
Bilimsel temel

Ay’ın görüntüsünü üç hareket belirliyor

Ay’ın yüzünde gördüğümüz ışık Güneş’in yansıması. Fazı anlamak için tek soruya bakmak yeterli: Aydınlık tarafın ne kadarı Dünya’ya dönük? Yanıtı Güneş–Ay–Dünya arasındaki açı veriyor.

Bu hesap şu anlama gelir: İstanbul’dan ve Tokyo’dan aynı anda bakıldığında faz hemen hemen aynıdır; yalnızca Ay’ın gökyüzündeki yeri değişir. Gözlem Evi de fazı tarihten, bakış yönünü ise Paribu Art'ın konumundan türetiyor. Aşağıdaki diyagramda kırmızıyla işaretli nokta Paribu Art'ın teleskopu ve Dünya dönerken hep Ay'a bakıyor.

Dünya'nın dönüşü, Ay'ın yörüngesi, sabit güneş yönü ve faz hesabı Güneş Dünya AYDINLANMA 50% α = 90°
Kırmızı: gözlemci ve bakış yönü
Dünya günlük dönüşüne devam ederken Ay da Dünya'nın etrafında yaklaşık 27,3 günde dönüyor. Dünya üzerinden Ay'a bakıldığında Ay'ın aydınlatılmış yüzü giderek değişiyor.
27,3 günAy’ın yıldızlara göre Dünya çevresinde bir turu.
0,52°Gökyüzünde kapladığı ortalama açısal genişlik.
%14’e kadarYakın ve uzak konumları arasındaki görünen çap farkı.

Aynı yüz, küçük bir salınım

Ay kendi eksenindeki dönüşünü Dünya çevresindeki turuyla aynı sürede tamamladığı için bize hep aynı yüzünü gösterir. Eliptik yörüngenin oluşturduğu küçük librasyon ise kenarlardan çok az daha fazlasını görmemizi sağlar.

Lunar Reconnaissance Orbiter verileriyle oluşturulmuş ayrıntılı dolunay görüntüsü
Ay'ın Dünya'ya bakan yüzü LRO kamerası ve LOLA yükseklik verileri kraterleri görünür kılıyor. Fotoğraf: NASA Goddard / LRO, CC BY 2.0.
Enstrüman

Teleskopun açısını ayarlamak

Unreal içindeki kamerayı Ay’a odaklayıp kadrajı sabit tutmak için, gerçek bir teleskop gibi Dünya’nın dönüşünü telafi etmek zorundayız. Gökyüzünde sürekli kayan ayı takip ederken tepetaklak olmamak için de yukarı noktasını sabitlememiz gerekmekte.

Alt-azimut

Teleskopun yukarısı yerel yukarıdır. Ay merkezde kalsa bile yavaşça döner, kadrajdaki açısı zaman içinde değişir.

Ekvatoral

Teleskopun yukarısı gökyüzünde kutup yıldızını bularak kuzey kutbu yönüne sabitlenir. Dünya’nın dönüş ekseniyle hizalandığı için Ay'ın yönelimi kadrajda sabit kalır.

Alt-azimut ve ekvatoral montaj eksenleri ALT-AZİMUT ufuk azimut ekseni yere dik yükseklik kadraj döner EKVATORAL ufuk Kutup Yıldızı = enlem kutup ekseni göğe paralel kadraj sabit
Aynı hedef, iki farklı geometri. Solda Ay kadrajda kalır ama görüntü döner; sağda kutup hizası görüntüyü de sabitler.

Gerçek teleskoptaki mekanik hizalama, sanal sahnede aynı şekilde kuruluyor: kameranın yukarı vektörünü kutup yıldızına bağlıyoruz.

Berlin Archenhold Gözlemevi’ndeki Büyük Refraktör teleskobu
Mekanikten matematiğe. Gerçek teleskoplarda takip sistemi dişliler, eksenler ve karşı ağırlıklarla görünür; sanal kamerada aynı görev vektörlerle çözülür. Fotoğraf: H. Raab, CC BY-SA 2.0 AT.
Veri akışı

Ölçümden ekrandaki gökyüzüne

“Gerçek gökyüzü” tek bir dosyadan gelmiyor. Yüzey, yıldız kataloğu, tarih, saat ve gözlemci konumu ayrı kaynaklardan birleşiyor; ancak bu birleşimden sonra kamera nereye bakacağını biliyor.

Ay yüzeyi

NASA CGI Moon Kit

Ay modeli iki tamamlayıcı veri katmanıyla kuruluyor. LROC görüntülerinden hazırlanan renk haritası yüzeyin görünen tonlarını taşırken, LOLA lazer altimetre ölçümlerinden üretilen yükseklik haritası kraterleri ve arazi kabartısını biçimlendiriyor.

NASA CGI Moon Kit LROC Ay renk haritası
Color map. Ay yüzeyinin temel rengini ve albedo farklılıklarını modele aktarır.
NASA CGI Moon Kit LOLA Ay yükseklik haritası
Displacement map. Her pikseldeki yükseklik değeriyle kraterleri ve topoğrafyayı yüzeye işler.
Yıldızlar

HYG kataloğu

Yaklaşık 120 bin yıldızın konumu, uzaklığı, parlaklığı ve B−V renk indeksi tek bir veri kümesinde bir araya geliyor.

HYG Kataloğunun Bileşenleri

  • HHipparcos Kataloğu: Yüksek doğruluklu yıldız konumları ve paralaks ölçümleri üzerinden uzaklık verileri sağlar.
  • YYale Bright Star Kataloğu: Çıplak gözle görülebilen parlak yıldızların temel bilgilerini ve özel tanımlarını içerir.
  • GGliese Kataloğu: Güneş’e yakın yıldızların konum ve uzaklık verilerini barındırır.
Zaman ve konum

Celestial Vault

Celestial Vault, Unreal Engine içinde bilimsel verilere dayalı bir gündüz–gece ve gökyüzü sistemi kuruyor. Girilen tarih, saat, saat dilimi, enlem ve boylama göre Dünya’nın dönüşünü; Güneş, Ay ve gezegenlerin gökteki yönlerini; Ay’ın evrelerini ve yıldız alanının hareketini hesaplıyor.

Gözlem Evi’nde bu sistem göğün astronomik iskeletini sağlıyor. HYG yıldız verisi ve NASA Ay yüzeyi bu iskelete bağlanınca, Unreal Engine Paribu Art’ın gerçek konumundan gerçek tarih ve saatte görünen gökyüzünü üretiyor.

Bölüm II

Üretim Günlüğü — Unreal Engine

Adım 01

Sahneyi kurmak

Celestial Vault pluginini Paribu Art koordinatlarına bağladık; tarih, saat, ışık ve materyal dengesini kurup kamera rotasyonunu Ay'a sabitledik.

Unreal Engine sahnesinde Celestial Vault kurulumu
Celestial Setup. Celestial Vault sahnesi ve temel bileşenlerin kurulumu.
Google Maps üzerinde Paribu Art konumu ve koordinatları
Paribu Art / harita. Google Maps konumu ve kullanılan koordinatlar.
Paribu Art koordinatlarının Unreal Engine ayarlarında girilmesi
Paribu Art / Unreal. Enlem ve boylamın Celestial Vault’a aktarılması.

Konum ve zaman hesapları bilimsel veriye dayanıyor; görünürlük için sahnede güçlendirmeler yapılıyor. Ay’ın boyutlandırılması, üzerindeki kraterlerin görünmesi için sahne, materyal ve ışık ayarları yapılıyor, arka plandaki yıldız haritasının daha geniş açıyla gösterilmesi sağlanıyor.

NASA kaynaklarıyla düzenlenen Ay modelinin ayarlanması.
Adım 02

Kamerayı Ay'a doğrultmak ve dönmeyi durdurmak

Kamera Ay’ı izliyordu ama gün içerisinde kendi ekseni etrafında dönüyor, yıldız alanını da beraberinde çeviriyordu. Bu bir yazılım hatası değil, alt-azimut takibin doğal alan dönmesiydi.

Kameranın yukarı vektörünü yerel yukarıdan kuzey kutbuna taşıdık. Böylece ekvatoral montaj davranışı elde ettik: Ay merkezde, kadraj sabit.

Ay’a bakış. Kameranın Ay’ı merkezde tutan takip davranışı.
Kodlama. Takip mantığının Blueprint içinde kurulması.
Adım 03

Paralaks: Ay'a fazla yaklaşıp yan açılardan görmeye başladık

Dünya döndükçe kameramız, sahneye yerleştirdiğimiz Ay küresini yan tarafından görmeye başladı. Sorun Ay’da değil, sahnenin ölçeğindeydi: gözlemcinin hareketi Dünya–Ay mesafesine göre gereğinden fazla büyüktü.

6.371 km / 384.400 km = 0,0166 → paralaks ≈ 0,95°
Paralaks sorunu. Dünya ve Ay mesafesi gerçek ölçeğe uymadığında, hareket sırasında Ay'ın yanlış açılardan görülmesi.

Çözümde Dünya'nın yarıçapını Dünya–Ay mesafesiyle orantılı olacak biçimde ölçekledik, Ay modelinin kameraya dönük kalmasını koruduk ve lens açısını yeniden dengeledik. Böylece paralaks doğal düzeyine indi; Ay yeniden tanıdık yüzüyle kaldı.

Paralaks çözümü için ölçeklendirme. Gözlemci hareketi ile Dünya–Ay mesafesinin aynı ölçek sisteminde dengelenmesi.
Adım 04

Ay'ı bozmadan yıldızlara yer açmak

Gerçek ölçekte Ay ekranı doldururken çevrede neredeyse hiç yıldız kadraja girmiyordu. Yıldızları gösterecek kadar geniş açı seçtiğimizde ise Ay küçülüyordu.

Çözüm bilinçli olarak Ay ve yıldız görüntüsü için farklı lensler kullanmaktı: faz, yönelim ve yıldızların konumu gerçek kaldı; yalnızca arka plandaki yıldızları daha geniş açıdan gösteren bir yöntem uyguladık.

Adım 05

Ay'ın yıldızlar arasındaki yürüyüşü

Ay'a baktığımız açıdan arka plandaki yıldızlar Ay'la birlikte akar gibi görünür, fakat aslında her gün çok hafif bir şekilde, yaklaşık 13,2° doğuya ilerlerler. Belirgin değişim, farklı geceler karşılaştırıldığında görülür.

Bir gece içinde Ay ve yıldızlar birlikte hareket eder
Bir gece içinde birlikte kayan Ay ve yıldızlar ekliptik — Ay'ın yolu Ay ve yıldızlar birlikte kayar. Ay'ın arkasındaki desen neredeyse değişmez.
Bir gece içinde. Dünya dönerken Ay ve çevresindeki yıldızlar gökyüzünde birlikte akar; Ay’ın önünde durduğu takımyıldız büyük ölçüde sabit kalır.
Günden güne Ay, yıldızlara göre doğuya ilerler
Günden güne yıldızlara göre ilerleyen Ay ekliptik — Ay'ın yolu Yıldız alanı sabit, Ay ilerliyor. Her gün yaklaşık 13,2° doğuya.
Günden güne. Her gece aynı saatte bakıldığında Ay yıldızlara göre yaklaşık 13,2° kaymış görünür ve 27,32 günde tam turu tamamlar.

Celestial Vault bu hareketi hesaplıyor; Gözlem Evi de Ay’ın ekliptik konumunu takımyıldız sınırlarıyla eşleştirerek o gece hangi yıldız alanına baktığımızı anlatıyor.

Bir gün içinde hızlandırılmış ay görüntüsü
Adım 06

Yıldızların renkleri

Yıldızların rengi uzaklıktan değil yüzey sıcaklığından ve yaydıkları ışığın spektral dağılımından gelir. O–B–A–F–G–K–M dizisinde sıcak yıldızlar mavi-beyaz, orta sıcaklıktakiler beyaz-sarı, daha soğuk yıldızlar ise turuncu-kırmızı görünür.

HYG kataloğundaki B−V renk indeksi bu spektral farkı sayısal olarak taşır: düşük ve negatif değerler mavi-beyaz yıldızlara, yüksek değerler sarı, turuncu ve kırmızı yıldızlara karşılık gelir. Sahnedeki yıldız materyallerini bu indeksten üretilen renkle besledik; parlaklığı ise yıldız kadiriyle ayrıca hesapladık. Böylece renkler dekoratif bir palete değil, yıldızların ölçülen spektrumlarına bağlı kaldı.

Sonuçta ekranda gösterilen yıldız alanı rasgele bir renk paletinden değil, ölçülmüş sıcaklık ve parlaklıklardan doğuyor. Gözlem Evi’nin ana ilkesi de burada belirginleşiyor: şiirsel bir görüntü, sayısal bir omurga.

Gözlem Evi projesinin yıldızlarla çevrili final Ay görüntüsü
Final. Gerçek yıldız verisi ve Ay yüzeyinin birleştiği son sahne.
Teknik künye
Motor
Unreal Engine 5.6 · Celestial Vault (Beta; gezegen konumları VSOP87)
Ay yüzeyi
NASA/GSFC Scientific Visualization Studio, CGI Moon Kit — Lunar Reconnaissance Orbiter (LROC · LOLA)
Faz referansı
NASA Science — Moon Phases · Moon Phase and Libration
Yıldız kataloğu
HYG 4.2 (Hipparcos · Yale Bright Star · Gliese) — CC BY-SA 4.0, David Nash / Astronomy Nexus
Gözlemci
Paribu Art · 40,991133° K · 29,036437° D
Fotoğraflar
NASA Goddard / LRO (CC BY 2.0) · H. Raab / Wikimedia Commons (CC BY-SA 2.0 AT)