[論文レビュー] The IAU Resolutions on Astronomical Reference Systems, Time Scales, and Earth Rotation Models

G. H. Kaplan|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2006

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、天球基準系、時刻スケール、および地球の向きモデルを再定義したIAU 1997年および2000年決議について詳述している。地球中心天球基準系（GCRS）を確立し、力学時（TT）と協定世界時（UTC）を定義するとともに、天球および地上のエフェマリス原点（CEO/TEO）を導入することで、天体力学および地球回転モデルの精度を向上させ、天測および地球物理学的応用分野における0.001アーキセコンド未塔の精度を実現した。

ABSTRACT

Recent resolutions passed by the International Astronomical Union (IAU) on astronomical reference systems, time scales, and Earth rotation models are the most significant set of international agreements in positional astronomy in several decades. These resolutions, the result of over ten years of international research and study, provide a coherent set of foundational standards for the treatment of astrometric data and the modeling of dynamics in the solar system. This circular explains these resolutions and provides a complete set of practical formulas for their implementation. The six main chapters cover relativity, time scales, the fundamental celestial reference system, ephemerides of solar system bodies, precession and nutation, and modeling the Earth's rotation.

研究の動機と目的

• 高精度観測データと整合する、相対論的に整合した現代的な天文学的基準系フレームワークを確立すること。
• 原子時と地球の回転に基づいて、TT、UTC、およびUT1の新しい基準を定義することで、時刻スケールおよび地球の向きモデルにおける不整合を解消すること。
• 天球および地上基準フレームの精度と継続性を向上させるために、天球および地上エフェマリス原点（CEO/TEO）を導入すること。
• 国際天球基準フレーム（ICRF）、地球の回転、および動力学エフェマリスの間の相互適合性を確保し、長期的な安定性を実現すること。
• ソフトウェアおよび観測所がグローバル天文学システム全体で一貫性を保てる標準化された実装フレームワークを提供すること。

提案手法

• 地球中心天球基準系（GCRS）および国際地上基準系（ITRS）を主な基準系として採用し、CIP（天球中間極）を基本極とする。
• CEO（天球エフェマリス原点）およびTEO（地上エフェマリス原点）をCIPの赤道上における回転しない原点として定義し、正確な地球回転角の計算を可能にする。
• IAU 2000A歳差・章動モデルを採用し、GCRSおよびITRSにおけるCIPの姿勢を計算する。
• 地球回転角（θ）をUT1の線形関数として定義し、次の式を用いる：θ(UT1) = 2π(0.7790572732640 + 1.00273781191135448 × (JD_UT1 − 2451545.0))。
• 力学時（TT）を、TCGとの間に定数L_G = 6.969290134 × 10⁻¹⁰ を用いて関係づける定数レートの時刻スケールとして定義し、相対論的整合性を確保する。
• UTCにおけるうるう秒は、IERSによるUT1 − UTCの監視に基づき、将来のシステムにおいてうるう秒の代替策を検討するよう勧告する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.001アーキセコンド未塔の天測を支援できる、相対論的に整合した基準系をどのように定義できるか？
• RQ2 歳差・章動モデルに依存しない、地球回転およびUT1を定義する最適な方法は何か？
• RQ3 惑星エフェマリスおよび地球低軌道ミッションを支援できる十分な精度で、力学時（TT）をどのように定義できるか？
• RQ4 1976年値より0.3秒弧/世紀小さい新規歳差率が、既存の天文学的座標系に与える影響は何か？
• RQ5 CIPおよび地球回転角のみを用いて、GCRSとITRS間の安定的かつ連続的な変換を達成できるか？

主な発見

• IAU 2000A章動モデルおよび新規歳差モデルにより、天球基準フレーム変換における系統誤差が10ミリアーキセコンド未塔未満にまで低減された。
• 地球回転角（θ）は、UT1の線形関数として定義され、正確なレート1.00273781191135448を有し、GMSTとの連続性を確保し、正確な恒星時計算を可能にした。
• CEOおよびTEOはCIPの赤道上における回転しない原点として定義され、UT1の基準として安定した基準を提供し、歳差モデルへの依存性を排除した。
• TTをdTT/dTCG = 1 − L_G（L_G = 6.969290134 × 10⁻¹⁰）として定義することで、相対論的整合性が確保され、時刻スケールにおける不確実性が低減された。
• IERSは2003年1月までに新システムを実装する義務を負い、従来の変換に必要なデータおよびアルゴリズムを継続して提供する。
• 既存のアーキセコンドまたは0.1アーキセコンドレベルで動作するシステムは、引き続き正常に機能する一方で、今後の天測および地球物理学的応用分野における0.001アーキセコンド未塔の応用が可能となった。