[論文レビュー] IAU 2015 Resolution B3 on Recommended Nominal Conversion Constants for Selected Solar and Planetary Properties

Eric E. Mamajek, A. Prša+20 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 49

ひとこと要約

IAU 2015年決議B3は、太陽および惑星の性質（太陽半径、全放射出力、総太陽放射、質量パラメータなど）の標準化された名目換算定数を定義し、これらをSI単位で正確な値として設定することで、天文学的研究における系統的差異を解消する。これらの定数は、方程式やモデルにおける正確で一貫した換算係数として機能し、同じ物理量の測定値が異なることによる一貫性の欠如を防ぎ、出版物間の均一性を確保する。

ABSTRACT

Astronomers commonly quote the properties of celestial objects in units of parameters for the Sun, Jupiter, or the Earth. The resolution presented here was proposed by the IAU Inter-Division Working Group on Nominal Units for Stellar and Planetary Astronomy and passed by the XXIXth IAU General Assembly in Honolulu. IAU 2015 Resolution B3 adopts a set of nominal solar, terrestrial, and jovian conversion constants for stellar and (exo)planetary astronomy which are defined to be exact SI values. While the nominal constants are based on current best estimates (CBEs; which have uncertainties, are not secularly constant, and are updated regularly using new observations), they should be interpreted as standard values and not as CBEs. IAU 2015 Resolution B3 adopts five solar conversion constants (nominal solar radius, nominal total solar irradiance, nominal solar luminosity, nominal solar effective temperature, and nominal solar mass parameter) and six planetary conversion constants (nominal terrestrial equatorial radius, nominal terrestrial polar radius, nominal jovian equatorial radius, nominal jovian polar radius, nominal terrestrial mass parameter, and nominal jovian mass parameter).

研究の動機と目的

• 太陽および惑星の基準値の不一致が原因で生じる星間および惑星研究における系統的差異を解消すること。
• 分光的・光度的・干渉計的観測データの高精度化に伴い、変動する基準値に起因する誤差が顕在化するのを是正すること。
• SI単位で正確に定義された名目値を用いて、太陽および惑星の性質の換算係数を標準化すること。
• 科学的出版物における質量、半径、全放射出力、放射照度の表記の一貫性を向上させること。
• 測定値に不確実性を伴うものと名目定数を分離することで、系外惑星および星のパラメータの報告における曖昧性を低減すること。

提案手法

• 現在の最良の推定値に基づき、名目値 $\mathcal{R}^\mathrm{N}_{\odot}$, $\mathcal{L}^\mathrm{N}_{\odot}$, $\mathcal{S}^\mathrm{N}_{\odot}$, $\mathcal{T}^\mathrm{N}_{\mathrm{eff}\odot}$, および $\mathcal{(GM)}^\mathrm{N}_{\odot}$ をSI単位で正確な値として定義する。
• 地球および木星の赤道および極半径（$\mathcal{R}^\mathrm{N}_{e\rm E}$, $\mathcal{R}^\mathrm{N}_{p\rm E}$, $\mathcal{R}^\mathrm{N}_{e\rm J}$, $\mathcal{R}^\mathrm{N}_{p\rm J}$）および質量パラメータ（$\mathcal{(GM)}^\mathrm{N}_{\rm E}$, $\mathcal{(GM)}^\mathrm{N}_{\rm J}$）を正確な換算係数として採用する。
• 名目値がTCBおよびTDB時刻基準と整合するよう、時間依存性のない精度を確保する。
• 測定値に不確実性を伴う場合にのみ $L_\odot$ や $R_\odot$ の記号を使用し、名目定数には $\mathcal{L}^\mathrm{N}_{\odot}$ および $\mathcal{R}^\mathrm{N}_{\odot}$ を使用するよう推奨する。
• 名目体積の明示的公式を提供する：$V_\mathrm{E}^\mathrm{N} = \frac{4\pi}{3} \mathcal{R}^\mathrm{N}_{e\rm E}^2 \mathcal{R}^\mathrm{N}_{p\rm E}$ および同様に木星についても。
• SI質量は $M = (GM)/G$ として導出され、$G$ は明示的に記載される（例：CODATA 2014値）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽および惑星の基準値が変動する場合に、星間および惑星パラメータの導出における系統的誤差をどのように最小化できるか。
• RQ2 高精度な天体物理学的および系外惑星研究において一貫性を保つために、太陽および惑星の性質に適した名目値は何か。
• RQ3 科学的文献において、不確実性を伴う測定値と名目換算定数の区別を明確に保つにはどうすればよいか。
• RQ4 時刻基準（TCB 対 TDB）の不整合を避けるために、名目定数に必要な精度はどの程度か。
• RQ5 標準化され、正確な換算係数が用いられることで、天文学者のコミュニティ全体におけるモデル化およびデータ解析の再現性はどのように向上するか。

主な発見

• 名目太陽半径 $\mathcal{R}^\mathrm{N}_{\odot}$ は、$6.957 \times 10^8$ m として定義され、$\tau_{\rm Ross} = 2/3$ の光球半径に基づくもので、最近の地震的および光度的測定と整合する。
• 名目全太陽放射 $\mathcal{S}^\mathrm{N}_{\odot}$ は $1361$ W m$^{-2}$ に設定され、TIM/SORCE や PREMOS/PICARD などの現代の宇宙船搭載機器によるコンSENSUSを反映している。
• 名目太陽全放射出力 $\mathcal{L}^\mathrm{N}_{\odot}$ は $3.828 \times 10^{26}$ W であり、IAU 2012年の天文単位定義とTSE値から導出される。
• 名目太陽有効温度 $\mathcal{T}^\mathrm{N}_{\rm eff\odot}$ は $5772$ K であり、最良推定全放射出力、半径、ステファン＝ボルツマン定数から計算される。
• 名目地球赤道半径 $\mathcal{R}^\mathrm{N}_{e\rm E}$ は $6.3781 \times 10^6$ m であり、IERS 2003および2010年規約に基づく。
• 名目木星赤道半径 $\mathcal{R}^\mathrm{N}_{e\rm J}$ は $7.1492 \times 10^7$ m であり、IAU 地図座標および回転要素作業部会（2009年）の採用値である。