国際天文基準座標系

国際天文準拠系（ICRS）と国際天文基準座標系（ICRF）

国際天文準拠系（ICRS; International Celestial Reference System）および国際天文基準座標系（ICRF; International Celestial Reference Frame）は、国際天文学連合（IAU）によって正式に採用されている、現在の標準的な天球座標系です。

IAUでは、座標系を定義する理論的な概念や考え方を「準拠系」（Reference System）と呼び、実際に観測データに基づいてその概念を実現したものを「基準座標系」（Reference Frame）として区別しています。この区別は、日本天文学会でも同様に日本語表記を分けて用いられています。しかし、測地学など他の関連分野では、両者を特に区別せず単に「座標系」と呼んだり、あるいはどちらも「国際天文基準座標系」と表記したりする場合もあります。

国際天文準拠系（ICRS）

ICRSは、その原点を太陽系の共通重心に置いています。その座標軸は、宇宙空間に対して実質的に「固定」された状態を意図して定義されており、地球の運動などによる時間的な変動を受けない理想的な基準系を目指しています。ICRSの座標軸は、一般的な赤道座標系と非常に近い向きを持っています。具体的には、元期J2000.0におけるICRSの平均的な位置で見ると、天の北極は、J2000.0の平均的な赤道座標系に対して、12時の方向へ約17.3ミリ秒角、18時の方向へ約5.1ミリ秒角ずれています。また、J2000.0の平均的な春分点（赤経ゼロ点）への変換は、ICRSにおける赤経の原点を、天の北極を中心に約78ミリ秒角回転させることで実現されます。

ICRSを実際に構築し、その方向性を定義するために用いられている基盤は、天球全体にわたって広く分布している数百個の銀河系外電波源、主にクエーサーです。これらの天体は非常に遠方にあるため、現在の観測技術をもってしても、実質的に空間内で静止しているように見えます。さらに、非常に高精度な電波干渉計（VLBI; Very Long Baseline Interferometry）を用いることで、これらの電波源の正確な位置を測定することが可能です。多くの電波源の位置は、0.001秒角あるいはそれ以上の精度で決定されており、これは光学的な観測による最良の精度を凌駕しています。

国際天文基準座標系（ICRF）

ICRFは、ICRSという概念的な準拠系を、前述のような観測データに基づいて具体的に実現した基準座標系です。太陽系の共通重心を中心とする、非常に安定した準慣性系として機能します。現在、ICRFは地球を含む惑星やその他の様々な天体の位置を定義するための標準的な座標系として広く使用されています。IAUによって正式に採用されたのは1998年1月1日からです。ICRFはその後も改良が重ねられており、最新のものはICRF3と呼ばれています。

ICRFが準慣性系として機能できるのは、その定義に用いられている銀河系外電波源が非常に遠方に存在し、観測可能な角運動をほとんど示さないためです。これにより、基準座標系としての安定性が保証されています。

ICRFの発展

ICRF1: ICRFの最初のバージョンであり、212個の銀河系外電波源の位置に基づいて定義されました。ノイズフロア（位置測定のばらつきの目安）は約250マイクロ秒角、軸安定性（基準軸の時間的な変動の目安）は約20マイクロ秒角であり、それ以前の基準星表であるFK5と比較して大幅な精度向上が図られました。定義に用いられたソースの他に、参照用に396個の追加ソースが含まれていました。

ICRF2: 2009年に導入された改訂版です。定義ソースの数を295個に増やし（うち97個はICRF1と共通）、VLBIによって位置が測定された合計3414個の電波源を含む、より網羅的なリストに基づいています。ICRF1と比較して精度がさらに向上し、ノイズフロアは約40マイクロ秒角、軸安定性約10マイクロ秒角を実現しました。

* ICRF3: ICRFの3番目の主要な改訂版として、2018年8月にIAUによって承認され、2019年1月1日に正式に運用が開始されました。ICRF3では、それまでのバージョンにはなかった、太陽系の銀河系中心に対する加速度の効果をモデリングに取り入れています。これは、基準系の安定性をさらに高めるための新しい試みです。合計で4536個もの銀河系外天体の位置が含まれており、このうち303個が基準座標系を定義するソースとして特定されています。ICRF3の特徴として、南天域における定義ソースの数が強化されている点も挙げられます。

このように、ICRSとICRFは、遠方の宇宙にある天体を不動の基準として利用することで、高精度な天体位置測定や宇宙測地学研究を支える不可欠な国際標準座標系となっています。

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