ICRF

Российская академия наук
Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория
ICRF –
история, состояние, перспективы
З.М.Малкин
Пулковская обсерватория
НСК в оптическом диапазоне
FCAG → NFK → FK3 → FK4 → FK5 → FK6
(1879) (1907) (1938) (1963) (1988) (1999-)
PGC → GC
(1910) (1937)
PFKSZ → PFKSZ-2
(1958)
(1980)
HIPPARCOS (эпоха J1991.25)
НСК в радио диапазоне
Уже в 1970-х годах точность координат
радиоисточников, определяемых из РСДБнаблюдений достигла, а затем превысила
100 mas, т.е. точность оптических каталогов
1988–1994: RSC(IERS)yyC
Комбинация каталогов (2-6), полученных
в центрах анализа РСДБ-данных
1995–2004: ICRF → ICRF-Ext.1 → ICRF-Ext.2
Результаты одного глобального РСДБ-решения
(GSFC, USNO)
ICRS
 Заменила FK5 с 1998 г.
 Набор определений и моделей
 Начало координат – барицентр СС
 Кинематически-невращающаяся
 Направление полярной оси – задается
принятой моделью прецессии-нутации
 Начало прямых восхождений – 3C 273B
 Полюс и начало RA ICRS-FK5 ≈20 mas
 Реализуется каталогом HIPPARCOS
в оптическом диапазоне и каталогом
ICRF в радиодиапазоне
Каталог ICRF







Получен по РСДБ-наблюдениям S/X диапазона
Версии 1995, 1999, 2004 (608, 677, 717
источников, ~60% квазары)
Независимость от экватора, эклиптики,
равноденствия, эпохи
Система: 212 определяющих источников
Случайные ошибки ≥ 250 µas,
систематические ― возможно, до 200 µas
Большинство источников имеют оптические
отождествления, как правило с m>18
В будущем возможно возвращение к оптике
после завершения космических проектов
GAIA и SIM
Использование ICRF
 Фундаментальная астрономия / астрометрия
(координатная основа, привязка оптической
системы, ...)
 Дифференциальная радиоинтерферометрия
 Космическая навигация
 Вращение Земли, геодезия (ПВЗ, ЗСК, ...)
ICRF: классификация источников
Определяющие (defining)
212 источников, выбранных по длительности периода
наблюдений, точности и стабильности координат;
определяют систему ICRF, координаты фиксированы
для всех следующих расширений
Кандидаты (candidates)
294 источника, имеющих меньше наблюдений
Дополнительные (other)
102 источника, включенные для улучшения
заполнения небесной сферы
Новые (new)
109 источников, дополнительно включенных
в ICRF-Ext.1 и ICRF-Ext.2
ICRF: структура источников
Индекс
Влияние на
РСДБзадержку,
пс (мм)
Число источников в ICRF-Ext.2
defining
candidate
other
1
< 3 (1)
32
26
17
2
3-10 (~1-3)
77
59
18
3
10-30 (~3-10)
39
45
24
4
> 30 (10)
16
15
20
Fey et al., 2004
ICRF: структура источников
SI = 1
Charlot, 2006
SI = 2
SI = 3
SI = 4
Распределение источников IСRF-Ext.2
по небесной сфере
Ma, 2006
Ошибки координат IСRF
150
1500
100
1000
50
500
as
sec
Нестабильность координат
0
0
-500
-50
-100
-1000
Daily data
Approximation
-1500
-150
1994
1996
1998
2000
2002
2004
1994
2006
1996
1998
5000
Year
3000
2000
2002
2004
2006
Year
4C39.25
2234+282
4000
2000
Right Ascension (uas)
3000
1000
RA DEC (uas)
Daily data
Approximation
0
-1000
2000
1000
0
-1000
-2000
-3000
-2000
-4000
-3000
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
-5000
1975
Charlot, 2006 (original data: Titov, Macmillan)
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Нестабильность координат
Ma, 2004
Стратегии обработки
1. Стандартное глобальное решение.
2. Оценивание координат нестабильных
источников для каждой сессии наблюдений.
3. Оценивание координат нестабильных
источников в виде некоторой функции
(линейной, полиномиальной,
полиномиально-тригонометрической,
сплайны).
Стратегии обработки
1. Стандартное глобальное решение.
2. Оценивание координат нестабильных
источников для каждой сессии наблюдений.
3. Оценивание координат нестабильных
источников в виде некоторой функции
(линейной, полиномиальной,
полиномиально-тригонометрической,
сплайны).
Проблема состоит в идентификации и выборе
источников, которые рассматриваются как
нестабильные.
Стратегия обработки:
влияние на координаты станций
φ, град
Ср.кв. разности высот станций
между двумя решениями CRF
Titov, 2007
Стратегия обработки:
влияние на ПВЗ
Разности между двумя решениями CRF
MacMillan & Ma, 2007
Видимые движения источников
50-60 источников со значимым видимым
собственным движением на уровне 3σ
MacMillan, 2003
Видимые движения источников
Зависимость видимых движений от Z
MacMillan, 2003
Совместный проект IAU/IERS/IVS
ICRF-2
The Second Realization of The International
Celestial Reference Frame ― ICRF-2

Рабочая группа IAU (2006-2009):
- общая координация работ по ICRF-2
- представление результата на ГА IAU 2009
и соответствующих резолюций МАС

Рабочая группа IERS/IVS (2006-2009):
- практическое составление каталога ICRF-2
и представление результата рабочей
группе IAU
ICRF-2: цели и задачи

Повышение точности в случайном и
систематическом отношении
- увеличение числа наблюдательных данных для
критических областей небесной сферы и для
отдельных источников
- идентификация и учет нестабильности положений
радиоисточников
- улучшение методов обработки и моделей
- анализ ошибок каталогов

Увеличение числа источников и улучшение
их распределения по небесной сфере

Расширение на другие диапазоны волн
ICRF-2: план работы
Серии координат радиоисточников
второе приближение
Анализ серий координат
второе приближение
Анализ ошибок каталогов
второе приближение
Каталог карт радиоисточников
второе приближение
Эволюция структур радиоисточников
второе приближение
Отбор стабильных источников
Выбор определяющих источников
ICRF-2 каталог
Представление каталога на РГ МАС
Представление ICRF-2 на ГА МАС
апрель 2007
апрель 2008
октябрь 2007
июнь 2008
октябрь 2007
июнь 2008
октябрь 2007
июнь 2008
март 2008
июнь 2008
июль 2008
август 2008
декабрь 2008
март 2009
август 2009
ICRF-2
Два подхода для составления ICRF-2:
1. Вычисление координат источников
в одном глобальном решении (одном центре
обработки) с использованием самых
современных подходов к анализу РСДБданных, астрономических и геофизических
моделей и т.д.
2. Комбинация нескольких (лучших) каталогов
координат радиоисточников после изучения
и учета их случайных и систематических
ошибок.
GSFC-USNO: все источники
ICRF-2: GSFC-USNO: ICRF defining
Пулковские сводные каталоги
Исходные каталоги: 8 каталогов, полученных
в рамках пилотного проекта IERS/IVS 2005
RSC(PUL)07C01
Улучшение ICRF в случайном отношении
RSC(PUL)07C02
Улучшение ICRF в случайном и систематическом
отношении
Исходные каталоги
Центр
AUS
ПО
OCCAM (LSC)
Наблюдений
3208197
Источников
737 (207)
BKG
DGFI
JPL
Calc/Solve
OCCAM (LS)
MODEST
4031453
3650771
3575847
748 (212)
686 (199)
734 (2)
USNO
GSFC
MAO
SHAO
Calc/Solve
Calc/Solve
SteelBreeze
Calc/Solve
4252684
4574189
3773765
4431503
943
954
685
813
(207)
(212)
(25)
(212)
Общее число источников ― 968 (>15 набл. в 2 сессиях)
Число общих источников ― 525 (196 "defining")
Сравнение исходных каталогов
WRMS разностей координат
Δα, μas
Δδ, μas
BKG DGFI JPL USNO GSFC MAO SHAO ICRF
AUS 193 135
BKG
89
177
184
154
89
156
86
99
110
156
80
BKG DGFI
304
AUS 187
146
JPL USNO GSFC MAO SHAO ICRF
166
178
180
124
175
337
300
300
65
277
BKG
106
62
66
66
56
225
250
250
DGFI
JPL
USNO
123
97
59
55
61
53
115
121
135
125
331
JPL
34
79
35
253
USNO
150
76
32
277
GSFC
100
75
294
MAO
GSFC
MAO
SHAO
Sokolova & Malkin, 2007
343
DGFI
273
SHAO
200
50
69
69
65
48
284
71
77
108
83
277
30
72
37
221
150
75
41
238
100
62
251
240
200
50
Аналитическое представление
систематических разностей
1.
2.
Жесткое вращение (ориентация осей):
  A1 tan  cos   A2 tan  sin   A3
   A1 sin   A2 cos 
Вращение с деформацией (модель IERS):
  A1 tan  cos   A2 tan  sin   A3  D 
   A1 sin   A2 cos   D  B
3.
4.
Метод Броше:
 
 
 
Функции
 
Лежандра-Фурье:   
 
g
b K  , 
j
j
j 0
b
nkl
nkl
Rnkl Ln sin  Fkl  
1.
2.
3.
4.
∆α(µas)
Исходные разности
Жесткое вращение
Вращение с деформацией
Функции Лежандра-Фурье
∆δ(µas)
Пример: USNO – ICRF
RSC(PUL)07C01 – ICRF-Ext.2
Δδ, μas
Δα, μas
∆δ (µas)
Sokolova & Malkin, 2007
RSC(PUL)07C02 – ICRF-Ext.2
Δα, μas
Sokolova & Malkin, 2007
Δδ, μas
USNO – ICRF-Ext.2
Δα, μas
Sokolova & Malkin, 2007
Δδ, μas
Взаимная ориентация сводных
каталогов Голосеева и Пулкова
GAOUA – PUL (μas, μas/град)
A1 = 0 ± 7
A2 = 0 ± 7
A3 = -1 ± 9
Dα = 0 ± 0
Dδ = 0 ± 0
Bδ = - 2 ± 7
Yatskiv & Malkin, 2007
Оценка качества реализаций НСК
1. Систематические ошибки.
2. Случайные ошибки.
3. Влияние на результаты обработки
РСДБ-наблюдений.
Сравнение с наблюдениями
Шумовая компонента рядов координат
небесного полюса, вычисленных
с двумя каталогами, μas
Каталог
ICRF-Ext.2
PUL
FCN
X
Y
Ср.
103 101 102
98 98
98
Дисперсия Аллана
X
Y
Ср.
113
109
111
105
106
105
Увеличение числа источников
VLBA Calibrator Survey (VCS)
Ma, 2006
Распространение ICRF на короткие волны
Схема генерации
радиоизлучения AGN
С уменьшением длины
волны центр излучения
приближается
к центральной черной
дыре. => Структура
источника становится
более компактной.
Однако его светимость
уменьшается.
Jacobs & Sovers, 2007
Зависимость структуры от длины волны
S-band
2.3 GHz
13.6cm
Jacobs & Sovers, 2007
X-band
8.6 GHz
3.6cm
K-band Ka-band Q-band
24 GHz 32 GHz 43 GHz
1.2cm
0.7cm
0.9cm
Расширение ICRF на диапазон Ka
Jacobs & Sovers, 2007
Расширение ICRF на диапазон Q
Ma, 2006
Перспективы
ICRF-2
точность
2009
100 μas
GAIA:
начало работы
каталог
точность
2011
2019
10 μas для m=15
VLBI2010:
начало работы
каталог
точность
2010
2015
30 μas
Связь радио-оптика:
20 μas в 2020
Конец
Спасибо за внимание!