국제천구좌표계(ICRF; International Celestial Reference Frame)

1. 국제천구좌표계(ICRF: International Celestial Reference Frame)

 

International Celestial Reference Frame (ICRF)은 International Celestial Reference System(ICRS)의 구현으로 천체의 위치와 운동을 정의하는데 사용되는 참조 프레임입니다. ICRF는 물리적인 천체의 위치를 정확하게 표시하고, ICRS는 이를 기반으로 한 좌표 체계를 제공합니다. ICRF는 관측 데이터를 기반으로 하고, ICRS는 이를 표준화된 천문학적 좌표 시스템으로 매핑하여 다양한 천문학적 연구 및 측정에서 일관성을 유지합니다. 이는 국제 지구 회전 및 기준 시스템 서비스(IERS)에서 제공하는 하나의 서비스로, 천체의 위치와 운동을 정확하게 측정하고 예측하는 데 사용됩니다. 

 

 

국제 천체 기준프레임(ICRF)은 천문학에서 사용되는 하늘의 좌표를 정의하는데 사용되는 기준 프레임 중 하나입니다. 이것은 우주에서 먼 지점에 있는 먼 천체들의 위치를 기준으로 삼아 지구 상에서의 천체들의 상대적인 위치를 정확하게 나타내는 데 사용됩니다. ICRF는 우주적인 대상들의 위치를 매우 정확하게 추적하고 관측하기 위해 국제적으로 사용되며, 이를 통해 지구 상의 위치에 대한 정확한 좌표를 얻을 수 있습니다.

 

특징	설명
용도	천문학적인 관측 및 연구에서 천체의 위치와 운동을 정확하게 모델링하는 데 사용
측정 기술	Very Long Baseline Interferometry(VLBI)를 주로 활용하여 무선 전파를 기반으로 한 측정 기술
정의 소스	항성체 및 다른 천체들을 포함한 정확한 위치와 운동을 측정하는데 사용되는 소스
측정 빈도 및 대역	다양한 무선 전파 주파수 및 대역을 사용하여 정밀한 측정 수행
ICRS와의 관계	ICRF는 ICRS(국제천문좌표체계)와 연결되어 천체의 천문학적인 위치를 정의
프레임 안정성	높은 정밀도 및 안정성을 제공하여 천문학 연구에 필요한 정확한 위치 정보를 제공
버전 및 개정	ICRF1, ICRF2, ICRF3과 같은 연속적인 버전 및 개정을 통해 업데이트

 

 

2. ICRF의 종류

 

ICRF는 수백개의 외은하 전파소스에 구성됩니다. ICRS는 초장거리간섭측정(VLBI) 프로그램에서 관측된 외은하 전파소스의 정밀한 적경으로 좌표계로 구현됩니다.

 

 

1) ICRF1

 

ICRF1은 국제천문학연맹(IUA)에서 1998년 1월 1일에 채택된 국제천문학 기준 프레임(ICRF)의 첫 번째 버전입니다. 이것은 이전의 천문학적 기준인 제5 기본 카탈로그(FK5)에 대한 참조 프레임으로, 그와 비교하여 상당한 향상을 이루었습니다.

 

ICRF1은 ICRS(국제천문좌표체계)의 축에 맞춰져 있어서 FK5의 영향을 받았습니다. FK5는 이전의 참조 프레임이었는데, ICRF1은 FK5보다 더 정확한 각도 측정을 제공했습니다. ICRF1의 각도 노이즈 바닥은 약 250 마이크로아크초(μas)이며, 참조 축의 안정성은 약 20 μas입니다. 이는 이전 FK5에서 파생된 참조 프레임과 비교했을 때 한 차원 더 나아진 것입니다.

 

ICRF1은 212개의 정의된 소스를 포함하고 있으며, 참조를 위해 396개의 추가적인 비정의 소스의 위치도 수록되어 있습니다. 나중에 이 카탈로그의 확장에서는 이러한 소스들의 위치가 조정되었습니다. ICRF1은 FK5 "J2000.0" 프레임의 방향과 일치하는 특징을 가지고 있습니다.

 

2) ICRF2

 

ICRF2는 2009년에 만들어진 업데이트된 국제천문학 기준프레임(ICRF)의 두 번째 버전입니다. 이 업데이트는 국제천문학연맹(IUA), 국제지구회전 및 참조시스템서비스(IERS), 그리고 지구측지 및 천문측지 국제 VLBI 서비스의 공동 협력으로 이루어졌습니다.

 

ICRF2는 295개의 소형 무선 소스의 위치에 의해 정의되어 있으며, 그 중 97개는 이전 버전인 ICRF1도 정의합니다. ICRF2와 ICRF1의 두 번째 확장인 ICRF1-Ext2의 정렬은 두 참조 프레임에 공통적으로 사용되는 138개의 소스를 통해 이루어졌습니다. 정의되지 않은 소스를 포함하여 ICRF2에는 매우 장거리 기준선 간의 간섭계측을 사용하여 측정된 3414개의 소스가 포함되어 있습니다. ICRF2는 약 40 마이크로아크초(μas)의 노이즈 바닥과 약 10 μas의 축 안정성을 가지고 있습니다.

 

ICRF2의 데이터는 1979년부터 2009년까지 약 30년 동안의 VLBI 관측에서 나왔습니다. S-밴드(2.3 GHz)와 X-밴드(8.4 GHz)에서 동시에 무선 관측이 기록되어 이온권 효과를 보정할 수 있었습니다. 이 관측은 약 650만 건의 그룹 딜레이 측정을 초래했고, 이 데이터는 대기 및 지구물리학적 프로세스를 고려하는 소프트웨어로 처리되었습니다. 참조 소스의 위치는 평균 제곱 오차를 최소화하기 위해 그룹 딜레이 측정을 통해 결정되었으며, 이 솔루션은 국제 지구 기준프레임 (ITRF2008) 및 지구 방향 매개변수(EOP) 시스템과 일관성을 유지하기 위해 제약되었습니다. ICRF2의 유지보수는 특히 위치 안정성과 공간 구조가 뚜렷한 295개의 소스를 사용하여 이루어질 것입니다.

 

3) ICRF3

 

ICRF3은 ICRF의 세 번째 주요 개정으로, 2018년 8월에 국제천문학연맹(IAU)에서 채택되어 2019년 1월 1일부로 효과가 발생했습니다. 이 버전에서는 태양계의 은하 중심 가속도 효과를 모델링하여 ICRF2를 보완했습니다.

 

ICRF3은 세 가지 주파수 대역에서의 측정을 포함하고 있어 ICRS의 세 독립적이고 약간 다른 실현을 제공합니다. 이에는 4536개의 소스에 대한 8.4 GHz(X 밴드)와 2.3 GHz(S 밴드)에서의 이중 주파수 측정, 824개의 소스에 대한 24 GHz(K 밴드)에서의 측정, 그리고 678개의 소스에 대한 32 GHz(Ka 밴드)와 8.4 GHz(X 밴드)에서의 이중 주파수 측정이 포함되어 있습니다.

 

이 중 303개의 소스는 하늘 전역에 균일하게 분포하여 "정의 소스(defining sources)" 로 식별되었으며, 이는 프레임의 축을 고정시키는 역할을 합니다. ICRF3은 특히 남방 하늘에서의 정의 소스의 수를 늘렸습니다. 이렇게 함으로써 ICRF3는 더 정확하고 강력한 천문학적 참조 프레임을 제공하며, 이를 통해 천체의 위치와 운동을 더 정확하게 추적할 수 있게 되었습니다.

 

3. ICRF VS ITRF

ICRF는 우주에서 관측되는 많은 천체의 위치를 정의하며, 이를 통해 지구 관측에서 나타나는 다양한 효과를 보정할 수 있습니다. 이러한 천체의 위치는 매우 정밀하게 측정되어 있어, 전 세계의 천문학자 및 항법 시스템에서 사용됩니다.  ICRF와 ITRF는 기본적으로 무선 전파를 활용한 측정 기술을 공유하지만, 그 목적과 대상이 다르며, 각각은 천문학과 지구과학 분야에서 사용되고 있습니다.

 

 

1) 용도 및 적용 분야

ICRF: 주로 천문학에서 사용되며, 항성체와 같은 천체의 위치와 운동을 정확하게 추적하기 위한 기준으로 활용됩니다.

ITRF: 지구과학에서 사용되며, 지구의 형태와 운동에 관련된 정밀한 정보를 제공합니다. 지진, 지각 및 지구 변형과 같은 지구과학적 현상을 연구하는 데 사용됩니다.

 

2) 대상 및 정의 소스

ICRF: 주로 항성체와 같은 천체를 정의 소스로 사용하며, 이러한 천체들의 위치와 운동을 정확하게 모델링합니다.

ITRF: 지구의 지형, 지진 활동, 지구 자전 등의 지구 관련 현상을 고려하여 정의 소스를 선택하며, 이들의 움직임을 추적합니다.

 

3) 측정방법

ICRF: 대부분의 측정은 무선 전파를 이용한 Very Long Baseline Interferometry(VLBI)에 의존합니다. 무선 천체의 방향을 정밀하게 측정하여 위치를 파악합니다.

ITRF: 다양한 측정 방법을 사용하는데  VLBI, SLR(Satellite Laser Ranging), GPS(Global Positioning System), DORIS 등이 포함됩니다.