中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)圍繞空間探測任務(wù)近鄰宜居行星巡天計(jì)劃（Closeby Habitable Exoplanet Survey，CHES）開展了先期研究，搭建了基于Python的仿真平臺(tái)，包含行星軌道參數(shù)反演、衛(wèi)星觀測視場仿真、觀測策略與方案仿真等內(nèi)容。相關(guān)研究成果作為封面論文，發(fā)表在Research in Astronomy and Astrophysics（RAA）上。

近鄰宜居行星巡天計(jì)劃由紫金山天文臺(tái)領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)提出。該計(jì)劃將發(fā)射一個(gè)1.2米口徑的空間望遠(yuǎn)鏡， 通過微角秒級(jí)的相對(duì)天體測量方法探測圍繞100顆近鄰類太陽型恒星（距太陽系約 32 光年）的宜居帶類地行星。該計(jì)劃是具有原創(chuàng)性技術(shù)路線的“中國方案”。相關(guān)研究將回答“地球是否唯一”以及“行星如何成為生命搖籃”等科學(xué)問題。

隨著天文學(xué)的發(fā)展，高精度的天體測量技術(shù)以及時(shí)空基準(zhǔn)的建立，對(duì)于基本天文學(xué)研究尤其重要。國際天文聯(lián)合會(huì)在對(duì)于時(shí)間、空間、坐標(biāo)系、地球姿態(tài)等問題進(jìn)行多次的定義、討論與統(tǒng)一后，發(fā)布了多項(xiàng)決議以協(xié)調(diào)解決相關(guān)問題，為天文學(xué)家在基本天文學(xué)研究中所需要的各項(xiàng)參數(shù)提供了關(guān)鍵算法，建立并維護(hù)Fortran和C語言版本的SOFA軟件。

該團(tuán)隊(duì)在國際天文聯(lián)合會(huì)所發(fā)布的SOFA（the Standards of Fundamental Astronomy Service）軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行了重新編寫，推出了一套可應(yīng)用在Python平臺(tái)并與國際天文聯(lián)合會(huì)的決議相一致的、權(quán)威的算法即PyMsOfa，并將此程序加入到CHES仿真平臺(tái)中。PyMsOfa填補(bǔ)了SOFA軟件在Python語言的空白，為科研工作者提供了SOFA算法在Python中直接、方便和高效的應(yīng)用。PyMsOfa提供了三種方式在Python中實(shí)現(xiàn)SOFA中的算法，包括ctypes、cffi以及基于SOFA算法的利用Python語言編寫。三種方法均可實(shí)現(xiàn)SOFA中全部247個(gè)函數(shù)的全部功能。目前的版本是基于SOFA在2023年10月11日最新發(fā)布的版本。

這一軟件具有如下核心功能。一是時(shí)間與日歷模塊：提供應(yīng)用在不同場景下的不同時(shí)間之間的轉(zhuǎn)換，包括TAI、UTC、UT1、TT等及歷元之間的轉(zhuǎn)換。二是坐標(biāo)系模塊：除了多個(gè)常用坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，還包括FK4、FK5、依巴谷等坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并提供多個(gè)常用觀測位置的天體測量參數(shù)之間的變換。三是地球姿態(tài)模塊：基于IAU在歷年決議中相關(guān)內(nèi)容，提供歲差、章動(dòng)、極移等相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)值及算法。

PyMsOfa可用于CHES空間任務(wù)中對(duì)觀測目標(biāo)恒星與參考星的視場仿真（圖2）以及獲得的天體測量數(shù)據(jù)的解算等；PyMsOfa在天體測量領(lǐng)域相關(guān)計(jì)算的權(quán)威性使其可用于其他天文學(xué)研究前沿，如黑洞的觀測（圖3）、中國空間站巡天望遠(yuǎn)鏡觀測、小天體與行星深空探測、地球姿態(tài)預(yù)測及時(shí)間校準(zhǔn)等。

此外，PyMsOfa具有良好的跨平臺(tái)性能，可在多個(gè)操作系統(tǒng)上穩(wěn)定運(yùn)行。PyMsOfa已發(fā)布在Github和PyPI等平臺(tái)上。

研究工作得到中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等的支持。