天文中的速度参考系

速度参考系

天文观测离不开参考系。在测量天体位置时，我们用基本点和基本面就能完全描述一个参考系。但对于速度测量，还得考虑坐标原点的运动：地球绕太阳运动，太阳绕银心运动，银河系相对于本星系群也在运动。究竟用哪个作为静止参考系，要依具体研究目的/对象/方法的需要而定。下面是一些常用的静止参考系（Rest Frame）。

文献中最常见的缩写可能是 LSR 和 Grf。

转换方法

各参考系间的转换方法参考这篇文档和沈世银老师的 wiki。
关于 heliocentric 坐标转换到 galactocentric 坐标的方法，在 astropy 有一个比较详细的说明，见这里及这里。

参考系转换时要的常数推荐值：

We adopt a Galactocentric radius and velocity for the LSR of 8.0 kpc (e.g., Eisenhauer et al. 2005; Ghez et al. 2008; Groenewegen et al. 2008) and $237 km s^{−1}$ (consistent with the proper motion of the Galactic center from Reid & Brunthaler 2004), respectively, and take the motion of the Sun with respect to the LSR to be $(u_\odot, v_\odot, w_\odot) = (-10.00 \pm 0.36, 5.25 \pm 0.62, 7.17 \pm 0.38) km s^{−1}$ (Dehnen
& Binney 1998), where the components are positive if u points radially away from the Galactic center, v is in the direction of the rotation of the Galactic disk, and w points in the direction of the North Galactic Pole. (Taken from Pryor et al. 2015)

代码实现

可以通过以下 Python 包实现天球坐标和速度参考系的转换。

• astropy:
  Astropy 坐标系部分做得非常好，不过目前还不支持速度参考系转换（在未来会实现，已经在计划中）。参见文档。

• gala:
  速度参考系转换这部分很不错，可以跟 astropy 无缝结合。 参见文档，Github。这个包原名 gary，本身主要是做恒星轨道积分的。

其他参考

• idl astrolib:
  经典的 idl 天文包，久经考验。见 gal_uvw。

• python astrolib:
  idl astrolib 的 python 翻译。见 gal_uvw。

• galpy:
  做星系动力学的包，也提供了速度或自行的参考系转换等功能。见 coords，vxyz to vgal。