我在处理银河系中性氢观测数据时，需要将原始的频率-流强光谱转化为视向速度-流强光谱。经查阅论文与数据后得知，一般银河系中性氢巡天的数据中的视向速度为相对本地静止标准(Local Standard of Rest, LSR)的速度，若要将我们观测得到的数据与巡天观测数据进行对比，需要对我们手上的光谱数据进行参考系转换处理。其流程如下：

原始数据（相对地球参考系的视向速度）→相对太阳重心系（BSR)的视向速度→相对本地静止标准（LSR）的视向速度

这是经与组员分析讨论后得到的流程。我对天体测量学相关知识不甚了解，若在后续学习中发现存在纰漏或错误会立刻更正。也因本次实验以体验与尝试为主，数据精度不高，我们也没有继续深究。

首先对出现的各个参考系做一个简单介绍。

1. 参考系介绍及转换公式

  • 本地静止标准（LSR）

通过观测邻近恒星的自行与视向速度，很自然可推出太阳相对周围恒星具有一个本动速度。为了研究银河系中各个恒星及气体团相对银心的运动，我们需要一个排除掉太阳运动标准的参考系，即LSR。其定义为取邻近恒星的观测速度，它们相对LSR的速度之和应为0。
LSR与太阳质心系(Barycentric Standard of Rest, BSR)的换算公式为：
$$
v_{LSR}=v_{BSR}+9\cos (l)\cos (b) +12\sin (l)\cos (b) + 7\sin (b)
$$

  • 太阳质心系（BSR）

该参考系的参考点为太阳系质心，因太阳系绝大部分质量来自太阳，可近似视为太阳中心。该参考系与地球参考系的换算与观测地点、观测时间及观测目标在天球上的位置有关。

2. 程序实现

利用astropy包可以用一个函数轻松实现参考系的转换：

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from astropy.time import Time
from astropy.coordinates import SkyCoord, EarthLocation

def LSR_velocity(l,b,velocity):
	'''
	输入参数为银经，银纬，原始视向速度。
	local为观测地位置，c为利用输入坐标建立的坐标系对象。
	barycorr为程序输出的地球坐标系与BSR间的修正，单位为m/s
	修正后再将BSR中的速度转化为LSR中的速度。
	'''
	local = EarthLocation.from_geodetic(lat=22.349368*u.deg, lon=113.584068*u.deg, height=10*u.m)
	c = SkyCoord(l=l*u.degree, b=b*u.degree, frame='galactic')
	c_icrs = c.transform_to('icrs')
	barycorr = c_icrs.radial_velocity_correction(obstime=Time('2022-1-2'), location=local) 
	velocity = velocity + barycorr.value/1000
	print(barycorr.value/1000)
	l = l * np.pi / 180
	b = b * np.pi / 180
	return velocity + 9 * np.cos(l) * np.cos(b) + 12 * np.sin(l) * np.cos(b) + 7 * np.sin(b)

在第一次运行时速度可能稍慢，因为radial_velocity_correction需从IERS上下载相应数据，若出现下列警告：

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WARNING: failed to download http://maia.usno.navy.mil/ser7/finals2000A.all, using local IERS-B: <urlopen error [Errno 11002] getaddrinfo failed> [astropy.utils.iers.iers]
WARNING: Tried to get polar motions for times after IERS data is valid. Defaulting to polar motion from the 50-yr mean for those. This may affect precision at the 10s of arcsec level [astropy.coordinates.builtin_frames.utils]
WARNING: (some) times are outside of range covered by IERS table. Assuming UT1-UTC=0 for coordinate transformations. [astropy.coordinates.builtin_frames.utils]
WARNING: failed to download http://maia.usno.navy.mil/ser7/finals2000A.all, using local IERS-B: <urlopen error [Errno 11001] getaddrinfo failed> [astropy.utils.iers.iers]

可重新运行程序或者科学上网解决。

因为我正在上关于射电观测数据处理的课程，若有补充会立即更新（Flag）。

这篇blog是总结我与组员们在处理数据中遇到的一个小问题而成（也前前后后花了快一天时间），感谢与我一同完成银河系中性氢观测实验的组员们~(>▽<)

参考资料