셀레스티아

1. 개요

Celestia는 다양한 천체를 시뮬레이션하고 우주를 탐험할 수 있는 무료 오픈 소스 천문학 프로그램이다. 히파르코스 목록과 가이아 데이터를 기반으로 200만 개 이상의 별을 포함하며, 행성, 위성, 소행성, 혜성, 인공 위성 등의 궤도를 표시하고 일식과 월식도 찾을 수 있다. 사용자는 탐색 속도 조절, 스크린샷 및 영화 캡처, 부가 기능 설치를 통해 기능을 확장할 수 있다. Celestia는 지구, 베텔게우스, 목성, 토성 등 다양한 천체를 시뮬레이션하지만, 지구 표면의 불규칙성, 고유 운동 시뮬레이션 부재, 중력 시뮬레이션 제한 등의 한계를 갖는다. 사용자 제작 부가 기능을 통해 확장 가능하며, NASA, ESA 등 우주 기관에서 교육 및 홍보 프로그램에 사용되었고, 영화 및 TV 프로그램에도 등장했다. 윈도우, macOS, 리눅스, BSD 등 다양한 운영 체제에서 작동하며, GPL 라이선스로 배포된다.

2. 기능

Celestia는 히파르코스 목록, 티코-2 목록, 가이아 데이터 등 방대한 별 목록을 제공하여 수백만 개의 별을 시뮬레이션한다. VSOP87 행성 궤도 이론을 사용하여 행성(태양계 외 행성 포함), 왜행성, 위성, 소행성, 혜성, 인공위성, 우주선 등의 궤도를 정확하게 계산하고 표시한다. 일식, 월식 등 천문 현상을 예측하고 시뮬레이션할 수 있다.

사용자는 다양한 속도로 우주를 탐색하고, 천체를 궤도에 올리거나, 우주선의 이동 경로를 추적할 수 있다. 광행시 보정 기능을 통해 빛의 속도로 인한 시간 지연 효과를 고려할 수 있다. 행성 및 달의 대기 현상, 행성광, 일출/일몰 등 다양한 행성 세부 정보를 시뮬레이션한다.

관찰 시야를 조절하고, 여러 개의 창을 분할하여 여러 천체를 동시에 관찰할 수 있다. 스크린샷 및 동영상 캡처 기능을 제공하여 관측 결과를 저장하고 공유할 수 있다. 게임 패드 및 조이스틱을 지원하지만, 기능은 제한적이다. 사용자 제작 부가 기능(Add-on)을 통해 새로운 천체, 텍스처, 3D 모델, 스크립트 등을 추가할 수 있다.

2.1. 지원되는 천체

Celestia는 기본적으로 다음과 같은 천체들을 시뮬레이션한다.

* 지구
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* 베텔게우스
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* 목성과 유로파 (위성), 이오
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* 용골자리 에타
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* 화성과 포보스
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* 달
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* 글리제 581
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* 토성
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* TrES-4b
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또한, 사용자 제작 부가 기능을 통해 다음과 같은 천체들을 추가할 수 있다.

* 행성 (태양계 외 행성 포함)
* 왜행성
* 위성
* 소행성
* 혜성
* 인공위성
* 우주선

3. 한계

Celestia는 지구의 불규칙한 표면을 완벽하게 시뮬레이션하지 못한다. 이 때문에 저궤도 위성이 지구 표면에서 관측될 때 하늘에서 잘못된 위치에 있는 것처럼 보이게 된다. 이는 Celestia가 지구의 편평도를 지정하더라도 마찬가지이다.

Celestia에는 변광성, 초신성, 블랙홀, 성운 등 많은 종류의 천체가 기본적으로 포함되어 있지 않다. 하지만 이들 중 상당수는 사용자가 제작한 애드온을 통해 추가할 수 있다.

행성계의 일부 천체는 움직이고, 별은 자체 축을 중심으로 회전하며 다중성계에서 서로 공전하지만, 별의 고유 운동은 시뮬레이션되지 않으며 은하는 고정된 위치에 있다. 따라서 Celestia의 별자리는 실제처럼 점차적으로 모양이 바뀌지 않는다. 또한, Celestia의 이중성 목록은 수백 개의 다중성계만 설명하며, 대부분의 이중성 시스템은 궤도 정보 부족으로 100% 정확하게 시뮬레이션할 수 없다.

Celestia는 기본적으로 태양으로부터 수천 광년 이상 떨어진 별은 포함하지 않는다. 이는 히파르코스 천문 관측 위성으로 더 멀리 떨어진 별의 시차를 정확하게 측정하기 어렵기 때문이다. 그러나 1.7.0 버전에서는 가이아 데이터를 추가하여 은하 중심만큼 멀리 떨어진 별도 포함되었다. 별 시스템의 천체는 모항성으로부터 1광년까지만 그려지고, 그 이상 떨어져 있으면 렌더링되지 않는다. 1.6.3 이하 버전에서는 별의 렌더링 제한이 1,000만 광년이었지만, 1.7.0 버전에서는 10억 광년으로 증가했다. 이 제한을 초과하는 별은 렌더링되지 않으며, 1.7.0 렌더링 제한에 가까운 별은 부동 소수점 오류로 위치가 부정확하다. Celestia는 행성에 의해 유도된 일부 별의 도플러 분광법의 요동을 고려하지 않는다.

Celestia 엔진에는 파장 필터링이 구현되지 않아, 실제 렌더링은 관찰자 위치에서 가능한 한 정확하게 인간의 시각과 일치시키려고 시도한다. 이 때문에 가색 지도와 다색 성운은 공식 배포판에 포함되지 않지만, 많은 애드온이 존재한다. 렌즈 플레어 및 눈부심과 같은 카메라 아티팩트는 렌더링되지 않는다.

Celestia는 중력을 직접 시뮬레이션하지 않는다. 예를 들어, 근지구천체가 지구에 접근하더라도, Celestia에서 해당 천체의 궤적을 정의한 사람이 효과를 포함하지 않는 한 지구 중력에 의해 경로가 바뀌지 않는다.

일부 위성은 일식 동안 행성에 그림자를 드리우지 않는다. 이는 현재 Celestia 버전에서 불규칙한 모양의 물체가 그림자를 드리우지 않기 때문이며, 향후 버전을 위해 계획되어 있다. 또한, 모체 천체 크기의 0.5% 미만인 위성은 관련성이 너무 작다고 판단되어 그림자를 전혀 드리우지 않는다. 그러나 새로운 개발팀은 이 제한을 제거하는 것을 고려하고 있다.

보이저 2호와 같은 대부분의 실제 우주선은 Celestia에서 사용할 수 없지만, 사용자가 애드온으로 제공한다. Celestia 1.6.3에 포함된 대부분의 우주선은 구식이거나 저품질 모델을 사용한다. 예를 들어, 기본적이고 세부 묘사가 거의 없는 스톡 미르 모델과, 2007년 이후 업데이트가 없어 그 이후 국제우주정거장(ISS)에 추가된 많은 모듈이 누락된 스톡 ISS 모델이 있다. 하지만 이러한 모델을 더 높은 품질과 최신 모델로 대체하는 많은 애드온이 있다. 1.7.0 버전은 최종 릴리스 시 더 나은 모델을 포함할 예정이다.

Celestia는 율리우스력을 사용하며 20억 년 이상 과거 또는 미래로 이동할 수 없고, 기본 시간 설정 시스템은 -9999년 또는 9999년 이상으로 이동할 수 없다.

4. 확장 기능 (Add-ons)

셀레스티아는 사용자가 만든 다양한 확장 기능(Add-ons)을 설치하여 기능을 확장할 수 있다. 이러한 확장 기능은 일반 텍스트 파일, 텍스처, 3D 모델, 그리고 사용자 정의 CEL 스크립트 언어와 Lua 프로그래밍 언어로 작성된 개선된 CELX 스크립트를 포함한다.

확장 기능은 다음과 같다.

* 고해상도 표면 텍스처 및 가상 텍스처: 대부분의 태양계 천체에 대해 더 높은 해상도의 표면 텍스처를 사용할 수 있다. 최대 65536 픽셀 너비(지구 적도에서 0.625km/픽셀)의 가상 텍스처(Virtual Textures)를 포함하며, 선택된 영역에 대해 더 높은 해상도를 지원하여, 해당 VT가 있는 천체들을 더 가까이에서 자세히 볼 수 있다.

* 우주선: 스푸트니크 1호, 보이저 2호, 허블 우주 망원경, 국제 우주 정거장과 같은 역사적/현재 우주선의 3D 모델을 비교적 정확한 궤도로 비행하는 모습을 볼 수 있다.
* 별, 심원천체, 소행성, 혜성 목록 확장: 별(정확한 공간 좌표를 가진 2백만 개), DSO(성운, 은하, 산개 성단 등)에 대한 확장된 데이터 플롯뿐만 아니라 소행성 및 혜성의 카탈로그, 그리고 96,000개 이상의 지구 지점을 프로그램에서 그릴 수 있다.

* 다양한 천체 추가: 적색 초거성 및 청색 초거성, 적색왜성 및 갈색왜성, 중성자별, 펄서, 강착 원반이 있는 블랙홀, 원시별, 울프-레이에 별, 별 생성 성운, 초신성 잔해, 행성상 성운, 은하 적색편이, 지질 행성 디스플레이(예: 3D 내부, 지형 및 수심 지도, 고지리), 행성 오로라, 회전하는 자기장, 애니메이션 태양 흑점, 3D 분화구 및 산, 그리고 역사적인 충돌 사건(딥 임팩트 및 DART와 같은 우주선 또는 첼랴빈스크 운석과 같은 운석 충돌)과 같은 다른 객체도 포함된다.

* 스크립트: 단순한 투어, 카시니-호이겐스 및 딥 임팩트와 같은 복잡한 우주 임무의 재구성, 크기 비교 또는 목성의 위성 여러 개의 동시 식, 별의 진화와 같은 특정 이벤트를 보여주는 유용한 정보를 보여주는 스크립트가 포함된다.
* 가공의 세계: 가공의 세계는 행성계와 3D 모델로 묘사될 수 있으며, 영화 2001: 스페이스 오디세이, 스타 트렉 및 스타워즈와 스타게이트 SG-1 및 바빌론 5를 포함한 TV 쇼가 있다. 오리온의 팔과 같은 덜 알려진 인터넷 소설이나 롤플레잉 게임, 2300 AD와 같은 롤플레잉 게임, 그리고 거주하는 세계, 우주선, 도시 및 특수 효과가 있는 가상의 행성계를 묘사하는 Celestia 커뮤니티 회원들의 개인 작업도 추가할 수 있다.

* 교육용 확장 기능: Celestia 우주의 광범위한 투어, 별의 완전한 생명 주기, 태양계, 인간 우주 프로그램, 외계 지적 생명체 탐사(SETI), 그리고 수십억 년 전 달의 형성 및 미래의 화성 테라포밍과 같은 천문학적 사건 묘사를 포함하여 약 40시간의 우주 여행과 천문학 수업을 제공한다.

2016년 중반에는 Celestia Origin이라는 대규모 애드온 팩 프로젝트가 생성되어, 기본 텍스처와 그래픽을 더 높은 품질로 대체하고, TNO와 소행성을 추가하고, 더 많은 외계 행성, 성운, 별, 은하, 성단, 우주선을 추가하는 등 기능을 향상시켰다. 2019년에는 Project Echoes라는 애드온 팩이 만들어져 바닐라 텍스처를 더 높은 품질의 렌더링으로 대체했다. Celestia 1.7.0은 텍스처에 대한 영감을 Project Echoes에서 얻은 것으로 보인다.

5. 미디어에서의 사용

NASA와 ESA는 교육 및 홍보 프로그램에서, 궤도 분석 소프트웨어와의 인터페이스 연결에 셀레스티아를 사용했다. CNES는 2016년에 셀레스티아를 대폭 수정한 VTS Timeloop라는 버전을 만들었으며, 이후 ESA와 CNES를 포함한 여러 우주 기관에서 사용해 왔다.

셀레스티아는 CBS 텔레비전 쇼 NCIS(시즌 4, 에피소드 22: "어둠 속에서")에서 사용되었다. 등장인물 티모시 맥기는 셀레스티아가 무엇인지, 그리고 애드온을 통해 사용자가 프로그램 내에 일기를 저장할 수 있는 방법을 설명한다. 셀레스티아 그래픽 아티스트가 디자인한 텍스처는 영화 투모로우와 2008년 미니시리즈 안드로메다 스트레인에 사용되었다. 셀레스티아는 또한 사이언스 채널의 웜홀을 통해서에도 출연했다. 유로게이머의 짐 로시뇰은 2006년 "PC의 여름" 무료 소프트웨어 게임 상위 20개 목록에 셀레스티아를 포함시켰다.

6. 플랫폼

셀레스티아는 다음 운영 체제에서 작동한다.

* 윈도우
* macOS
* 리눅스 배포판
* BSD 계열 유닉스

7. 라이선스

본 소프트웨어는 GPL로 라이선스되어 있다.