Universidad de · PDF file 2009. 8. 21. · Universidad de Granada Departamento de...

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  • Universidad de Granada Departamento de Teoría de la Señal,

    Telemática y Telecomunicaciones

    Integración de archivos y herramientas radioastronómicas en la arquitectura del

    Observatorio Virtual

    Juan de Dios Santander Vela Departamento de Astronomía Extragaláctica,

    Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC

    Tesis Doctoral

  • Editor: Editorial de la Universidad de Granada Autor: Juan de Dios Santander Vela D.L.: GR. 2295-2009 ISBN: 978-84-692-3098-5

  • Departamento de Teoría de la Señal, Telemática y Telecomunicaciones

    Universidad de Granada

    Departamento de Astronomía Extragaláctica Instituto de Astrofísica de Andalucía - CSIC

    Integración de archivos y herramientas radioastronómicas en la arquitectura del

    Observatorio Virtual

    Memoria presentada por:

    Juan de Dios Santander Vela

    para optar al grado de

    Doctor por la Universidad de Granada

    Dirigida por:

    Lourdes Verdes-Montenegro Atalaya (IAA-CSIC) Enrique Solano Márquez (LAEX-CAB/INTA-CSIC)

    Granada, 17 de Abril de 2009

  • Como directores de la tesis titulada Integración de archivos y herramientas radio- astronómicas en la arquitectura del Observatorio Virtual, presentada por D. Juan de Dios Santander Vela,

    Dña. Lourdes Verdes-Montenegro Atalaya, Doctora en Cien- cias Físicas y Científico Titular del Departamento de As- tronomía Extragaláctica del Instituto de Astrofísica de An- dalucía (CSIC), y D. Enrique Solano Márquez, Doctor en Ciencias Matemáticas del Laboratorio de Astrofísica Es- telar y Exoplanetas del Centro de Astrobiología (LAEX- CAB/INTA-CSIC).

    D:

    Que la presente memoria, titulada Integración de archivos y herra- mientas radioastronómicas en la arquitectura del Observatorio Virtual ha sido realizada por D. Juan de Dios Santander Vela bajo su dirección en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC). Esta memoria constituye la tesis que D. Juan de Dios Santander Vela presenta para optar al grado de Doctor por la Universidad de Granada.

    Granada, a 17 de Abril de 2009

    Fdo: Lourdes Verdes-Montenegro Atalaya

    Fdo: Enrique Solano Márquez

  • Juan de Dios Santander Vela, autor de la tesis Integración de archivos y herra- mientas radioastronómicas en la arquitectura del Observatorio Virtual, autoriza a que un ejemplar de la misma quede ubicada en la Biblioteca de la Escuela Superior de Ingeniería Informática de Granada.

    Fdo.: Juan de Dios Santander Vela Granada, a 17 de Abril de 2009

  • A mi abuela, que nunca creyó vivir para ver este momento.

    Y a quienes siempre han estado a mi lado, incluso

    cuando menos me lo merecía: sé que siempre, de una forma

    u otra, podré contar con vosotros pase lo que pase.

  • Desde que orbitaron los primeros satélites, hacía unos cincuenta años, billones y cuatrillones de impulsos de información habían estado llegando del espacio, para ser almacenados para el día en que pudieran contribuir al avance del conocimiento. Sólo una minúscula fracción de esa materia prima sería tratada; pero no había manera de decir qué observación podría desear consultar algún científico, dentro de diez, o de cincuenta, o de cien años. [. . . ] Formaban parte del auténtico tesoro de la Humanidad, más valioso que todo el oro encerrado inútilmente en los sótanos de los bancos.

    Arthur C. Clarke (1917-2008), 2001: Una Odisea Espacial (1968).

  • Índice general

    Índice de figuras v

    Índice de cuadros vii

    Índice de listados xi

    Agradecimientos xiii

    Resumen xix

    I Introduction: Astronomy and the Virtual Observatory 1

    1 Introduction 3 1.1 Technical development of astronomy . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Astronomy data today . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 Astronomical archives: benefits and problems . . . . . . . . . 7 1.4 Thesis aim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.5 Thesis context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

    2 The Virtual Observatory 13 2.1 The VO: solving astronomical archival issues . . . . . . . . . . 13 2.2 VO architecture and philosophy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3 VO data formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4 VO data access protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.5 VO data models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.6 VO applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.7 VO application messaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.8 VO resource registry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.9 The International Virtual Observatory Alliance . . . . . . . . . 26 2.10 The VO from the point of view of different actors . . . . . . . . 29 2.11 Precedents to the VO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.12 Comparable activities in other disciplines . . . . . . . . . . . . 40

    i

  • ii ÍNDICE GENERAL

    II Radio astronomical archives in the VO 43

    3 Introduction 45

    4 Data modelling in the VO 47 4.1 Elements of a data model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.2 Semantics, UCDs, UTypes and IVOA vocabularies . . . . . . . 49 4.3 Role of data models in the VO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.4 Data modelling diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.5 Existing IVOA data models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.6 Other astronomical data modelling efforts . . . . . . . . . . . . 57 4.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

    5 Radio Astronomical DAta Model for Single-dish radio telescopes 61 5.1 Basic requirements of astronomical archives . . . . . . . . . . . 61 5.2 RADAMS requirements and overview . . . . . . . . . . . . . . 63 5.3 Observation and ObsData . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 5.4 Characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.5 Target/Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.6 Provenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.7 Policy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.8 Curation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.9 Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.10 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

    6 RADAMS: Characterising radio astronomical observations 71 6.1 ObsData and Characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6.2 Target . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 6.3 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

    7 RADAMS: Curation, Packaging and Policy 97 7.1 Curation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 7.2 Policy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 7.3 Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 7.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

    8 Data Provenance 111 8.1 Provenance in e-Science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 8.2 Provenance in astronomy and astrophysics . . . . . . . . . . . 115 8.3 Properties of an IVOA Data Provenance proposal . . . . . . . 118 8.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

    9 RADAMS: Data provenance 121 9.1 Instrumental provenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 9.2 Environmental provenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

  • iii

    9.3 Processing provenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 9.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

    III Bringing legacy tools to the VO 133

    10 Legacy astronomical packages and the VO 135 10.1 VO-enabling applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 10.2 Inter-application messaging in the VO . . . . . . . . . . . . . . 139 10.3 SAMP: the Simple Application Messaging Protocol . . . . . . 141 10.4 Implementing SAMP into an existing application . . . . . . . . 144 10.5 Benefits of a SAMP-based API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 10.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

    11 MOVOIR: Modular VO Interface for Radio astronomy 151 11.1 SAMP Messages and MTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 11.2 Already defined MTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 11.3 Alternative response patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 11.4 MOVOIR modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 11.5 Salient features of the MOVOIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 11.6 Main issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 11.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

    IV Thesis applications 165

    12 Implementations of RADAMS-based radio astronomical archives 167 12.1 The Robledo DSS-63 archive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 12.2 The IRAM 30m archive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 12.3 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

    13 Using massa and MOVOIR for VO-enhanced spectral analysis 219 13.1 Implementation details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 13.2 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

    Conclusions and future work 225 Future work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .