AAplus天文算法C++库在R中的实现：skycalc程序包

1991年， 比利时天文学家Jean Meeus的著作 天文算法 出版。 该书分为四十几个章节， 每章介绍一些天象的计算方法， 同时介绍用计算机如何实现。 该书出版后很快吸引了众多的天文爱好者。 当时， 真正实现计算机窗口化的Windows95还没有诞生， 但是从那时起， 利用Jean Meeus提出的算法， 用计算机程序来进行天象计算，就已经成为很多对天文和计算爱好的一部分。

该书从插值方法、迭代方法开始讲起， 继而介绍日期的转换， 节日的确定以及日月和各大行星的位置， 亮度的计算方法和各种坐标系统的相互转换，如地平坐标、赤道坐标、黄道坐标、 银河系坐标、 太阳中心坐标等，至此， 可以方便计算各天体的出没时刻以及晨昏蒙影的时刻。 书中还包括土星环， 土星卫星， 木星卫星， 各行星近日点时刻， 春分， 夏至， 秋分， 冬至的计算等等。该书采用VOS87行星运动理论，星体位置的计算， 考虑到了多方面的摄动影响， 用多项式表示天体位置， 达到了极高的计算精度。因此， 该书从出版至今，被认为是学习天文历算的最佳入门和练习教程之一。

国内外的很多天文爱好者， 一直在致力于用计算机语言实现该书所介绍的各种算法，并因此诞生了多个语言的多个版本。如

http://www.christophedavid.org/w/c/w.php/AstronomicalAlgorithms/HomePage

http://www.projectpluto.com/source.htm

https://code.google.com/p/astroalgo/

http://www.tig12.net/spip/Astronomy-programs.html

其中， 爱尔兰软件工程师 P.J. Naughter 用C++写成的AAplus库， 按照章节， 实现了天文算法的大部分算法， 并且公布了源代码（http://www.naughter.com/aa.html）。 该库大约每一两个月更新一次， 更正其中的错误， 添加一些新的参数等。每个函数， 都有对于参数和返回值的详细说明， 并有检验的程序， 对函数的功能进行检验。所以， 对于对天文历算感兴趣的人来说，该C++库可以说是极好的入门材料。

由于是C++的源代码库， 该库的可移植性应该是很好的， 可以在多个平台上运行。但是C++必须要经过编译和连接之后才能执行， 因此， 每个函数在调用的时候， 都需要用C++写相应的main函数，这为程序调试， 学习带来了很多不便之处。

由于R语言可以直接给出函数的运行结果，在调用时， 非常方便。 函数的运行结果， 还可以绘图， 并进一步编写星历表等。为此，从2013年11月开始， 笔者根据R语言Rcpp程序包提供的R语言和C++接口，将绝大部分AAplus的函数参数，转换为SEXP对象，SEXP对象在AAplus中可以编译执行。函数的返回值， 若为单个数值， 则用wrap函数， 转变为R可以识别的SEXP对象， 若为多个数值， 则返回R的list。 至此， AAplus库的300多个函数，其中363个函数添加了R语言的参数接口。C++的程序写完后，我便着手写R的wrapper函数，在Windows下， C++函数， 都需要先编译成dll动态链接库， 而R中， 用.C函数， 可以调用dll函数。 所有的wrapperfunction写完后， 又为每个R函数准备相应的帮助文档， 以及运行实例。 这样前后大约花了一个半月。

最后程序包取名为skycalc， 取天象计算之意， 目前的版本是0.1。

由于本人水平有限， 对于天文历算的很多问题理解不深，程序包中难免存在着很多错误， 敬请用户批评指正， 以便在后续版本中， 及时改正。  

张金龙 谨识

2014年1月

于香港新界大埔

源代码及安装 https://github.com/helixcn/skycalc