天文学 DB 用検索言語仕様の考察

白崎裕治 , 田中昌宏 , 本田敏志 , 大石雅寿 , 水本好彦 ( 国立天文台 ),

安田直樹 ( 東大宇宙線研 ),増永良文 ( お茶の水大 )

はじめに

バーチャル天文台 （ VO) 計画

• 世界中の天文データベースを自動連携• データベースと解析ツールの統合環境• 学校教育等、一般社会での利用• 参加国

アメリカ、ヨーロッパ連合、カナダ、ロシア、インド、オーストラリア、中国、韓国、日本、等。

現在 将来の望遠鏡･• 国内の望遠鏡– すばる望遠鏡、野辺山４５ｍ電波望遠鏡、野辺山電波干渉計、 ALMA （国立天文台）

– あすか , はるか , Astro-F, Astro-E2 ( 宇宙航空研究開発機構 )

• 海外の望遠鏡•ハッブル宇宙望遠鏡 , VLT, 　 Gemini, VLA, チャンドラ X 線望遠鏡、 XMM ニュートン X 線望遠鏡、 Integral 、 GLAST 、 HETE-2 、 Swift 等…

望遠鏡は年々巨大化 高機能化し、データ量も爆発的に増加･

野辺山電波～ 1TB/ 年 , すばる～ 20TB/ 年 , ALMA ～ 1PB/年

天文 DB の現状ウェッブブラウザを利用して誰でもデータ

ベースへアクセス可能•国内

• SMOKA http://smoka.nao.ac.jp/• NRO http://nrodb.nro.nao.ac.jp/• Darts http://www.darts.isas.jaxa.jp/

•海外• MAST http://archive.stsci.edu/• SDSS http://skyserver.sdss.org/dr1/en/• VizieR http://cdsweb.u-strasbg.fr/viz-bin/VizieR• NED http://nedwww.ipac.caltech.edu/

データはこれからますます増えつづける。

これらの DB へのポータルサイト、バーチャルオブザバトリ (VO) が必要。

データモデル

天文データの種類• 天体カタログ：天体の属性（座標、明るさ、形状等）につい

てのテーブル。

• 画像データ：天体の外観 構造や局所的 大局的分布について･ ･の情報を視覚的に表現するデータ形式。

• スペクトルデータ：天体の波長毎の明るさの分布。元素組成、その天体までの距離の情報。

• フォトンデータ：光子毎の属性データ（座標、エネルギー、時刻）。

• ライトカーブデータ：天体の明るさの時間変動。ブラックホールの質量推定。

異なる形式のデータに対する統一的な検索言語データモデルの共通化

観測データモデル• 天体観測というものは、空間座標と波長軸からなる三次元空間( データキューブ ) 内の明るさ分布を測定する、ということである。

• 画像データはデータキューブを空間平面へ射影である。

• スペクトルデータは波長軸への射影である。

データキューブの仮想テーブル化データキューブからのデータの切り出し

• 切り出し条件（３次元空間内の部分空間を指定）• 射影方法（画像かスペクトル）

データへのポインタ（実データを得るための URL ）これらをテーブルの要素 カラムとする無限個のレコードからな･る仮想テーブルを考え、それに対する検索とみなす。

条件１ 条件２ Image() Spectrum()

領域１ 波長域１ http://naoj/subaru/image?id=2312&ra=230.&dec=+23&r=1

http://naoj/subaru/spectrum?id=2312&ra=230.&dec=+23&r=1

領域２ 波長域２ … …

SQL による検索、 RDB であるカタログデータとの親和性

要求事項 検索システム･

VO 用検索言語への要求事項• 分散 DB 対応

観測所毎に管理されている DB への一括検索要求。• 天球座標上での検索条件指定

特異点（極、経度360度）の取り扱い方法。• 天球座標に基づくテーブル Join の方法

天体の ID は座標である。複数テーブルの Join は座標の近さで行う。テーブル毎に座標値の精度は異なる。

• 画像データやスペクトルデータの検索データキューブからのデータ切り出し方法を記述。

• テーブル名やカラム名のアブストラクト指定大量にあるテーブルの中から、必要なテーブルを条

件付けて指定する方法。カラム名の共通化。• 読みやすく分かりやい言語

VO における検索システム

天文 DB

データサービス

天文 DB

データサービス

天文 DB

データサービス

VO ポータル

MetadataDB

Registryサービス

SkyQueryADQL

ADQL

ADQL

SkyQuery は ユーザが VO ポータルを経由して利用する検索言語

ADQL (Astronomical Query Language) はデータサービスへの検索言語。 SkyQuery は ADQL の上位互換言語。 ADQL は SQL の上位互換言語。

ユーザ他の VO

• テーブル カラム名の解決･• 天体座標の解決• データサービス URL の解決

検索言語仕様

テーブル カラム指定･分散 DB への対応テーブル名、カラム名の URI を記述する。

[[[Authority.]DBname.]TableName.](ColumnName|UCD)

• Authority は DB管理組織に対して一意に割り当てられる名称。

• 各 DB管理組織はその内部で DB名の重複がないよう管理する。

• UCD (Unified Column Description) は天文データのカラムを意味づける標準名。フランス CDS を中心に取り決め。

• ファイル形式のテーブルの指定　

File:FileName

• 例　国立天文台のすばるデータベースにある銀河カタログの天体名カラム

naoj.subaru.galaxy.objectName

テーブル カラム名のアブストラクト指定･

　テーブル名を指定するのではなく、テーブルの属性で検索候補を指定したい。

FROM TABLE OF [Keyword] “文字列”

　 Keyword はテーブルのメタデータキーワードを利用する。 (IVOA により標準化作業中 )

　 UCD名の候補を列挙 ,ワイルドカードの使用。SELECT (PHOTO_MAG_* | SPECT_FLUX_NORM)

　これらの文法は SkyQuery のみサポート。　データサーバに対してはテーブル名 カラム名は解･決した状態の SQL を渡すこと。

位置指定文天球上の位置を記述する文

POINT(第一座標 , 第二座標 [, 座標系 [, 座標の Epoch]])POINT( 天体名 )

• 第一座標は赤経 (赤道座標) または銀経 (銀河座標 ) 、第二座標は赤緯または銀緯。• 座標系は赤道座標 (RA_DEC) または銀河座標 (GLON_GLAT) 。• 座標の Epoch は B1950 または J2000 。• 例

POINT(207.2, +23.3, RA_DEC, J2000)POINT(23:23:47.22, +02:35:10.00)POINT(“SN1987A”)

領域指定文

位置領域指定文BOX(位置指定文 , 縦サイズ , 横サイズ [, ポジションアングル ])CIRCLE(位置指定文 , 半径サイズ )POLYGON(位置指定文のリスト [,(LARGE|SMALL)])HTM(HTM インデックスのリスト )

スペクトル範囲指定文SPECTRUM( 境界 1, 境界 2) | SPECTRUM( 波長帯名 ) • 境界値は波長 , 周波数 , エネルギーのいずれかを単位つきで指定する。• 波長帯名は “ optical”, “IR”, “radio”, “X-ray”, “gamma-ray”。

テーブル Joinテーブル Join 文 ( クロスマッチ文 )XMATCH( テーブル１ , [!]テーブル２ ) ＜精度

[NEAREST|BRIGHTEST|ALL]• テーブル１の天体を基準に、テーブル２の天体とのジョインをその座標に基づき指定された精度で行う。• NEAREST がつくと最も近くの天体とジョインを行う。• BRIGHTEST がつくと最も明るい天体とのジョインを行う。• ALL がつくと「精度」内のすべての天体とのジョイン。• テーブル２に「！」がつく場合は排他的ジョイン。• Where 節で使用。

画像 スペクトル検索･画像 スペクトルデータの検索･ SELECT 　 Image(条件指定文 ) | Spectrum(条件指定文 ) FROM 　 Authority.DBName.DataCube WHERE 　条件指定文• 条件指定文は「領域指定文」、「スペクトル範囲指定文」、「キーワードに対する条件文」のうち複数を指定可。

• キーワードは別途定義の必要がある。例えば、 spatialRegion, spectrumBand, observatinTime, imagePixsize, integration 等。

• 検索結果はデータへのポインタ ( アクセス URL) を返す。• 画像 スペクトルデータの検索もカラム名の代わりに･ Image

(), Spectrum() といった関数を使うという以外、テーブルデータと同様の文法で記述される。

まとめ

SkyQuery, ADQL の拡張機能SQL への拡張機能 節 対応言語

テーブル名 カラム名の ･ URI 指定

S,F,W SkyQuery , ADQL

テーブル名 カラム名のアブスト･ラクト指定

S,F SkyQuery

天球上の位置指定文定義 S,W SkyQuery, ADQL( 天体名指定は SQのみ )

天球上の領域指定文定義 S,W SkyQuery, ADQLスペクトル範値指定文定義 S,W SkyQuery, ADQL座標値の誤差を考慮したテーブル Join 文

W SkyQuery, ADQL

画像検索指定文 Image() S SkyQuery, ADQLスペクトル検索指示文 Spectrum()

S SkyQuery, ADQL