本节的主题是ICRS：国际天球参考系（International Celestial Reference System），这是一个经历了很长时间演化的产物。
从前文我们知道，赤道坐标系是最重要的坐标系统，但其有个致命的缺陷，或者说这是一个不断变化的坐标系统，在进行科学数据处理和分析时，是有些问题的。
这个缺陷就是其赤经的起点依赖于春分点，但是我们知道，地球的自转轴并非长期固定的，而是有个26000年左右的周期转动，这就是岁差。这也导致春分点是一个动点。
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《Foundations of Astronomy》 14ed
在近现代，天文学家以地球质心为参考，加入了岁差章动模型，构建了FK（Fundamental Katalog）参考系统：
19–20 世纪德国主导的恒星星表系统：FK3、FK4、FK5（1958、1988 为代表版本）参考系定义：通过一组“基本恒星”位置和运动建立赤道坐标框架。春分点参考：坐标原点以“真春分点”为准，坐标轴随地球岁差章动缓慢变化。这套系统基本是一个长期教科书使用的坐标系统，而且原点是基于地球质心的，这并非惯性参考系。随着望远镜的性能的提升以及天体测量技术的发展，如前文，天文学家和大地测量学家也进行了合作，共建天文大地参考系，ICRS应运而生。
{jz:field.toptypename/}ICRS国际天球参考系ICRS（International Celestial Reference System） 是由国际天文学联合会（IAU）于 1997 年8月正式发表的全球统一的天球参考系统，它取代了传统以岁差运动为基础的 FK5 系统，是目前天文学、空间导航和大地测量领域最基本的参考坐标系。
特点属性描述原点太阳系质心（与 BCRS 相同）坐标轴方向固定在遥远的宇宙（远离银河系恒星、准星系等），与 FK5 赤道和春分点近似，但更稳定类型准惯性参考系（不随地球运动或春分点变化而移动）实现方式ICRF（国际天球参考架）——通过一组在射电波段观测的遥远类星体定义时间标准与地球时系统（如 TT、TDB）配合使用，系统自身没有特定的时间刻度ICRS vs FK5 系统对比特性ICRSFK5（旧系统）原点太阳系质心地球质心（地球动力学参考系）坐标轴参考对象远方射电源（类星体）春分点与天球赤道是否包含岁差章动否，轴向固定是，依赖于春分点位置实现方式ICRF（射电干涉 VLBI）星表（光学测量）引入相对论修正是否ICRS 与其“实现”：ICRFICRS 是一个理想化的参考“系统”，但在实际中我们必须通过观测天体来“实现”这个系统，这个观测实现叫做：
ICRF：International Celestial Reference Frame即“国际天球参考架”，通过极远的射电源（如类星体、活动星系核）的位置建立参考框架，使用甚长基线干涉测量（VLBI）测定这些天体的精确位置。
📌 一句话总结：
ICRS 是坐标系统的理论定义，而 ICRF 是通过观测“钉在天球上”的物理坐标架。
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世界地图显示了参与 ICRF3 观测的 167 根天线（分布于 126 个不同站点）在地理上的位置。(https://doi.org/10.1051/0004-6361/202038368)图中可以看到我国仅三个VLBI测站加入（上海天文台Sh，云南天文台Km和新疆天文台Ur），而欧美的VLBI测站密布。
据目前最新的消息（上海天文台新闻），截至2024年底，我国的VLBI测站已经由之前的“四站一中心”升级为“六站一中心”，在为探月四期和深空探测任务提供更有力保障的同时，支撑射电天文研究观测。传统的四站是（上海佘山25m、北京密云50m、云南昆明40m、新疆乌鲁木齐南山25m），此次新增的两个是长白山40米射电望远镜和日喀则40米射电望远镜。
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上海天文台佘山25米射电望远镜（https://shao.cas.cn/2020Ver/kyzb/）
目前，ICRF 已发布多个版本：
版本发布年份定义源数总源数精度（主源）波段ICRF11998212~800~250 μasS/XICRF220092953414~40 μasS/XICRF320183034536~30 μasS/X, K, X/Ka图片
ICRF3三个波段的空间参考源（https://doi.org/10.1051/0004-6361/202038368）🌠 ICRF 的核心天体类型ICRF 的参考源主要是：
类型描述类星体（Quasars）距离极远，几乎无视差，适合作为“固定背景”BL Lac 天体无强电磁谱特征，射电稳定射电星系核心活跃星系核，具有强射电辐射，易于 VLBI 精测这些天体在观测尺度下几乎不会移动，因此非常适合构建稳定的参考架。
ICRS 与其他参考系统关系系统与 ICRS 的关系BCRS与 ICRS 共用空间方向；BCRS 是包括时间的四维坐标系GCRS地心天球参考系，原点是地心，但方向对准 ICRS 坐标轴CIRS瞬时坐标系，与 ICRS 相差章动和极移ICRFICRS 的物理实现，依赖射电观测ICRS 在应用中的重要性🛰 航天器导航与定轨：高精度轨道计算必须基于稳定的参考系；🔭 天文观测：如恒星位置、星表（Hipparcos、Gaia）发布的坐标基于 ICRS；🌍 地球自转参数（EOP）测定：需要 ICRS 与地球参考系之间的转换；🔁 坐标转换计算：几乎所有天文坐标系统都需先转换到 ICRS 再统一处理。ICRS 与 Gaia 星表欧洲空间局的 Gaia 卫星任务 的核心目标之一就是：
在可见光波段实现 ICRS 的实现版本（光学 ICRF）
Gaia 的测量精度达到了亚毫角秒（μas）级别，使得 ICRS 进入了极高精度的光学时代。
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Gaia卫星（https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2025/01/Sky-scanning_complete_for_Gaia）
ICRS与BCRSBCRS 质心天球参考系（Barycentric Celestial Reference System）是基于太阳系质心（或称太阳质心）构建的天球参考系。它是描述天文物体位置和运动的标准参考系，庄闲和游戏app常用于描述太阳系内部的天体运动，包括地球、行星、彗星等。
质心：指的是太阳系中所有天体的质量中心（即太阳和所有行星的质量分布的加权中心）。特性：BCRS是一个惯性参考系，即参考系中的物体不受任何外力的影响而保持静止或匀速直线运动。BCRS主要用于天文历法，提供了高精度的天体运动数据。应用：BCRS广泛用于天文年历、航天器导航、星历计算等。系统全称中文名称原点参考方向用途ICRSInternational Celestial Reference System国际天球参考系统太阳系质心（近似）固定类星体方向定义的三维坐标轴高精度天球位置标准BCRSBarycentric Celestial Reference System太阳系质心天体参考系太阳系质心（准确）牛顿/相对论背景下定义的惯性系动力学计算、星历🧩 ICRS 与 BCRS 的关系✅ 概括： BCRS 是 ICRS 在广义相对论框架下的实现形式。它们使用相同的空间方向定义（坐标轴方向一致），但区别主要在于：
ICRS 是一个理想化、理论性的参考系统，定义了宇宙中固定坐标系的方向；BCRS 是一个具体的数学实现，可用于天体运动积分、星历生成、光传播建模等。🪐 空间定义对比
属性ICRSBCRS原点太阳系质心（理论）太阳系质心（动态定义）坐标轴方向以 VLBI 观测类星体定义与 ICRS 对齐（误差 < 0.02 mas）时间参考无固定时间标度使用 Barycentric Coordinate Time（TCB）空间度规（单位）抽象坐标广义相对论中的坐标系（含时空度规）动力学是否可用否是（用于行星轨道计算）时间标度上的区别
BCRS 使用的是 TCB（Barycentric Coordinate Time）；而 ICRS 本身不涉及时间标度，但在实际应用中常配合 TDB（Barycentric Dynamical Time）使用；两者之间的关系涉及时间延迟、引力势和相对论修正等。
🔀 BCRS 和 GCRS 的关系（附带）
属性BCRSGCRS原点太阳系质心地球质心时间标度TCBTCG相对关系包含地球轨道运动与光传播延迟包含地球自转、章动、岁差等用途星历计算、光线传播地面观测与卫星轨道通过 IAU 相对论模型，可以将 BCRS 坐标转换为 GCRS，再与 CIRS、地平坐标等建立观测联系。
ICRS与历元ICRS 本身是一个“无历元”的参考系统。也就是说，ICRS 坐标在任何时刻都是固定的，不依赖于特定的历元（epoch）。
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更详细解释：
🔹 ICRS 是“准惯性系”
ICRS 的坐标轴是通过观测远方射电源（如类星体）定义的，这些天体距离极远，在任何时间尺度下几乎不移动；因此，在 ICRS 中，天体的坐标不会因为岁差、章动等地球运动而改变；ICRS 没有类似 FK5 那样依赖“J2000.0”或“B1950”历元的需求。🧠 那为什么常看到 “ICRS @ J2000”？
这通常出现在以下几种情况：
1. 为了给出天体的动态状态。即便 ICRS 的坐标系本身无历元，天体会运动（自行、径向速度）。因此，我们仍需指定“历元”，来说明：天体在某一时刻的 ICRS 坐标是多少；自行和视差等量，都是以某一历元为基准计算的。👉 所以我们会说：
“天体 A 的位置是以 ICRS 为参考系，在 J2000.0 历元的坐标为 ...”
2. 方便与传统星表对比。大量历史天文数据使用的是 J2000.0；观测星表（如 Hipparcos、Gaia DR3）中的位置常以某一历元（J1991.25, J2016.0 等）表达；所以为了对比和转换，常选择 ICRS@J2000.0 表达风格。例子：
🛰 Gaia DR3 示例（源表说明）：
坐标参考系：ICRS位置历元：J2016.0含有：自行、视差、径向速度表示意思是：
“这些天体的位置是按照 ICRS 参考系测定的，在 J2016.0 时刻的位置为......，之后的位置需用自行速度推算。”
项目ICRSFK5 / J2000是否依赖历元❌ 不依赖✅ 依赖（如 J2000.0）坐标轴是否随时间变化❌ 固定✅ 会随章动、岁差变化坐标表达是否含历元✅（用于天体状态）✅（系统本身含历元）举例“ICRS @ J2016.0” 用于给出恒星状态“FK5 @ J2000.0” 坐标系统J2000.0J2000.0 是以公元 2000 年 1 月 1 日 12:00 TT（儒略日 2451545.0）为历元（epoch）的地球赤道春分点坐标系统，它基于旧的 FK5 星表系统，是 20 世纪末最广泛使用的天球坐标系。
特性描述坐标类型地心赤道坐标系（Right Ascension, Declination）原点真春分点（true equinox）极点地球自转轴在 J2000.0 时刻的位置参考系统FK5 系统（Fundamental Katalog 5）是否惯性否（随时间因章动而移动）FK5/J2000.0 vs. ICRS
项目FK5 / J2000.0ICRS定义年代1970s–1980sIAU 1997原点春分点（equinox-based）太阳系质心方向，脱离春分点极点J2000.0 天极远方射电源固定方向，微小差异坐标轴天赤道 + 春分点定义与遥远类星体方向对齐实现方式FK5 星表ICRF（射电源 VLBI）是否惯性否（天文年历需加章动）是（准惯性）ICRS 与 FK5/J2000.0 的关系 —— 非常接近但不完全一致
✅ 相似之处
二者都是地心赤道坐标系，坐标形式为 (α, δ)都使用天赤道面为参考平面在 2000.0 历元时，二者坐标方向非常接近❗ 细微差异
坐标轴偏差：ICRS 与 J2000.0 的坐标轴之间有微小夹角，约为 0.02 角秒（20 毫角秒）左右。恒星位置差异：由于 FK5 星表存在小系统性误差（如岁差模型不一致），ICRS 更稳定、无章动依赖。方向定义差异：J2000.0 是以春分点定义，ICRS 则是对准 VLBI 确定的遥远类星体，不依赖地球运动。🔍 两者之间的转换方法
粗略处理（可用于大多数应用）：在一般天文应用中，可以认为 ICRS 与 J2000.0 是等价的。
这适用于：
星图软件教学与科普天体观测初步坐标匹配精密转换（μas 级精度要求）：使用 SOFA（IAU 官方）或 NOVAS 等库，进行以下变换：
FK5 → ICRS：修正岁差、章动、极移、光行差J2000.0 → ICRS：包含 FK5 坐标与 ICRS 坐标轴间的旋转矩阵（由 IERS 发布）其中 是一个非常接近单位阵的 3×3 矩阵（差异约 弧度）。
实际应用中该如何选？
任务推荐坐标系统原因教学/星图/天文导航J2000.0普及广泛，足够精确恒星位置比对ICRS与 Gaia、Hipparcos 数据对齐航天任务设计ICRS + BCRS高精度计算所需天体物理研究ICRS无岁差依赖，方向稳定对比总结
项目J2000.0ICRS参考系统FK5IAU 1997 规范原点定义春分点VLBI 射电源方向极点地球自转轴（2000.0）与遥远射电源对齐偏差与 ICRS 夹角 ~ 0.02″与 J2000.0 有微小差异是否惯性否是（准惯性）精度适合天文观测与星历适合天体物理与航天任务星表例子图片
上图是VizieR数据库中检索到的依巴谷星表的部分数据，从列中，可以看到RAICRS和DEICRS，还有RA.icrs和DE.ircs。这两者是有差异的，差异在于数据的历元不同。
现代星表的位置坐标大都已经以ICRS格式提供，比如Gaia卫星的星表数据是J2016历元。
总结：ICRS是一套理论性的天文参考系，ICRF是其实现。ICRF是以准太阳系质心的坐标原点的坐标系，而FK5（J2000.0）是以地心为坐标原点的坐标系。在实际应用中，可以通过计算进行转换。
ICRS 是现代天文学和空间科学中一切高精度测量的天球“公制标准”，其稳定性与精度远远超过传统赤道-春分点系统，是连接地面观测、深空探测和理论模型的“宇宙坐标之锚”。
本文主要介绍了ICRS相关的概念性知识，下一节将通过实例进行计算的演示！
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