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2021 年“認證杯”數學中國數學建模網路挑戰賽 B題解題思路

2021-04-11 11:25:56 其他

B題的解題思路

題目見:B題

  1. 相關名詞解釋

**畢星團:**Hyades,疏散星團之一,移動星團,是著名的銀河星團之一,位于金牛座,它的幾顆亮星構成二十八宿中的畢宿,因此稱為畢星團,但是畢宿中最亮的畢宿五并不是星團的成員,畢星團幾乎是球形的,它300多個成員星,總質量約300個太陽質量,它的直徑約15°,線直徑約10秒差距,

**移動星團:**外文名:Moving star cluster,是指有些銀河星團的成員星自行速度和方向都很相近,有從一個輻射點分散開來或向一個會聚點會集的傾向,這種可定出輻射點或會聚點的星團稱為“移動星團”,是疏散星團的一類,畢星團(Hyades)特別深層影像, 呈現出鮮明的恒星顏色及偶然性,

**視差:**是從有一定距離的兩個點上觀察同一個目標所產生的方向差異,從目標看兩個點之間的夾角,叫做這兩個點的視差角,兩點之間的連線稱作基線,只要知道視差角度和基線長度,就可以計算出目標和觀測者之間的距離,測量天體視差是確定天體之間距離最基本的方法,稱為三角視差法,觀測者在兩個不同位置看到同一天體的方向之差,視差可以用觀測者的兩個不同位置之間的距離(又稱基線)在天體處的張角來表示,在測定太陽系內一些天體的視差時,以地球的半徑作為基線,所測定的視差稱為周日視差,在測定恒星的視差時,以地球和太陽之間的平均距離作為基線,所測定的視差稱為周年視差,

**自行:**是指恒星于一年內所行經的距離對觀測者所張的角度(橫向運動),恒星對于太陽的空間運動可分解為視向運動和橫向運動兩個分量,后者常以一顆背景微弱的恒星在天球上的位移而測定,單位是角秒/年,

**角秒:**角秒,又稱弧秒,是量度平面角的單位,即角分的六十分之一,符號為″,1°(度)= 60′(角分)= 3,600″(角秒)=3,600,000毫角秒=3,600,000,000微角秒,

秒差距(英文Parsec,縮寫pc):是天文學上的一種長度單位,秒差距是一種最古老的,同時也是最標準的測量恒星距離的方法,它是建立在三角視差的基礎上的,從地球公轉軌道的平均半徑(一個天文單位,AU)為底邊所對應的三角形內角稱為視差,當這個角的大小為1秒時,這個三角形可以看作等腰三角形,其的一條邊的長度就稱為1秒差距,周年視差等于1的恒星與地球的距離206265AU,這個距離定義為一秒差距,記為1pc,

赫–羅圖:是以恒星的絕對星等或光度相對于光譜型別或有效溫度繪制的散布圖,赫羅圖的縱軸是絕對星等或光度,而橫軸則是光譜型別或恒星的表面溫度,從左向右遞減,

**絕對星等:**把天體放在指定的距離時天體所呈現出的視星等,而這個距離約等于36.2光年(即10秒差距),

**色指數:**是天文學中利用顏色來顯示恒星表面溫度的一個純量,要測量出這個指數,觀測者需要使用兩種不同的濾鏡,U和B或B和V,依序測出目標物的光度,U是對紫外線靈敏的濾鏡,B是對藍光靈敏的濾鏡,V是對黃綠色的可見光靈敏的濾鏡,使用不同濾鏡測得的光度差分別稱為U-B或B-V的色指數,數值越小,恒星的顏色越接近藍色;反之,色指數越大,顏色越紅(或溫度越低),

  1. 資料觀察

    1. HIP:星體編號,范圍2~120003

    2. Vmag:視星等,范圍0.45~12.74

    3. RA:赤經(度),范圍0.003797~369.954685

    4. DE:赤緯(度),范圍-87.202730~88.302681

    5. Plx:視差角(毫角秒),1000/Plx 即為目標離觀測點的距離(秒差距),范圍20~25

    6. pmRA:恒星自行的 RA 分量(毫角秒/年),范圍-868.01~781.34

    7. pmDE:恒星自行的 DE 分量(毫角秒/年),范圍-1392.3~481.19

    8. e_Plx:Plx 的測量誤差(毫角秒),范圍0.45~46.91

    9. B-V:恒星的色指數,范圍-0.158~2.8

      采用聚類分析法

因為在宇宙中,星團與星團之間的距離>>于星團內恒星的內部距離,所以可以在2719個恒星資料中依據距離太陽系的距離以及天球赤道坐標系的赤經和赤緯資料中聚類確認畢星團的成員星,

而后通過視星等及距離計算絕對星等,星等與光度的對數成正比,照度與距離成平方反比關系,

普森公式m2=m1+5*lg(d0/d),絕對星等m2,相對星等m1,恒星距離d,絕對星等的標準計算距離d0,d0,d單位為秒差距,

問題來了,則么測恒星之間的距離呢?

可以用視差法想了解的小伙伴可以點擊這里

當然我也從知網上下載了不少文獻,可以到我的主頁的上傳資源中下載,

3.建立模型

先使用繪制出赤經、赤緯、秒差距三個資料繪制一個三維散點圖,觀察一下恒星的分布情況,

使用的建圖軟體Matlab

a=xlsread('匯入資料的檔案名','sheet1');
>> x1=a(:,1);
y1=a(:,2);
z1=a(:,3);
>> scatter3(x1,y1,z1,'.'); % 從而得到三維三點圖,

該圖是平面截圖
在這里插入圖片描述

三維立體
在這里插入圖片描述

能明顯看到有一個恒星密集區域,已知畢星團幾乎是球形的,有理由認為此密集區域即為畢星團,畢星團的移動星團,其成員星的自行速度和方向都很相近,根據自行距離、自行方向、赤經、赤緯進行聚類,計算得結果,

由于是比賽,后面的具體代碼會在比賽后公布

上序分析的是位置,具體聚類分析圖如下,
在這里插入圖片描述

成員判定,

在這里插入圖片描述

經過以上方法進行篩選得到畢星團的成員星

篩選后的三維散點圖
在這里插入圖片描述
畫赫羅圖
在這里插入圖片描述
在此感謝個位的關注和支持!

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