Rekomendacje IAU i IUGG
W ostatnich dekadach nastąpił ogromny postęp w poznaniu ruchu obrotowego Ziemi - znacznie wzrosła dokładność i rozdzielczość czasowa obserwacji astronomicznych i geodezyjnych oraz metod ich opracowania. Dla przykładu, począwszy od 1980 roku ruch bieguna Ziemi monitorowany jest w sposób ciągły metodami interferometrii długich baz (VLBI). Określana jest bieżąca pozycja bieguna w odniesieniu do układu niebieskiego. W ślad za postępem w dziedzinie obserwacji, w latach 1990-1999 nastąpiła również ogromna poprawa w modelowaniu teoretycznym położenia osi Ziemi w przestrzeni, które osiągnęło dokładności na poziomie mikrosekund łuku (μas).
Używanie dotychczasowego niebieskiego systemu odniesienia - definiowanego przez tzw. średnią oś obrotu Ziemi, wyznaczającą oś z tego systemu, oraz punkt równonocy wiosennej (punkt przecięcia równika niebieskiego i ekliptyki), wyznaczający kierunek osi x systemu stawało się więc coraz trudniejsze, a nawet prowadziło do degradacji dokładności osiąganej w obserwacjach astronomicznych.
Sytuację dodatkowo komplikował fakt istnienia kilku realizacji (sposobów określania położenia) punktu równonocny: dynamiczne i katalogowe. Konstrukcja astrometrycznych katalogów fundamentalnych nie zapewniała przy tym całkowitej eliminacji obrotu definiowanych przez nie układów odniesienia.
Powstała wreszcie konieczność uwzględnienia w definicjach niebieskich oraz ziemskich systemów i układów odniesienia subtelnych, ale już nie zaniedbywalnych, efektów opisywanych równaniami szczególnej i ogólnej teorii względności.
Systemy odniesienia - Rekomendacje IAU
XXI Zgromadzenie Generalne IAU (Buenos Aires, 1991) przyjęło w Rezolucji A4 pakiet 9 spójnych Rekomendacji specyfikujących nowe niebieskie systemy odniesienia w czterowymiarowej czasoprzestrzeni oraz związane z nimi skale czasu.
W Rekomendacji 1 zaleciło ono zdefiniowanie w ramach ogólnej teorii względności kilku układów współrzędnych (x0 = ct, x1, x2, x3) w czasoprzestrzeni w taki sposób, aby w każdym układzie współrzędnych o początku w barycentrum dowolnego zbioru mas, kwadrat interwału ds między zdarzeniami, był wyrażony co najmniej ze stopniem przybliżenia podanym według wzoru
ds2 = −c2dτ = −(1 − 2U/c2) (dx0)2 + (1 + 2U/c2) [ (dx1)2 + (dx2)2 + (dx3)2 ]
gdzie t jest współrzędną czasową (czasem współrzędnych), τ jest czasem własnym (nazywanym również czasem prawdziwym) danego punktu w przestrzeni (czas pomiędzy dwoma zdarzeniami występującymi w tym samym punkcie przestrzeni), a U jest sumą potencjału grawitacyjnego tego układu mas oraz, generowanego przez ciała zewnętrzne względem układu, potencjału pływowego zanikającego w barycentrum.
W Rekomendacji 2 została zasygnalizowana potrzeba zdefiniowania barycentrycznego systemu współrzędnych o początku w środku mas Układu Słonecznego z czasem współrzędnych barycentrycznych TCB (Rekom. 3) oraz geocentrycznego systemu odniesienia o początku w środku mas Ziemi z czasem współrzędnych geocentrycznych TCG (Rekom. 3). Jednocześnie zalecono aby systemy te nie podlegały obrotom względem zbioru odległych obiektów pozagalaktycznych, aby współrzędne czasowe tych systemów były wyprowadzone ze skali czasu realizowanej przez działające na Ziemi zegary atomowe oraz aby jednostkami fizycznymi w tych systemach były jednostki SI. Sformułowano również czterowymiarową transformację pomiędzy TCB i TCG. Za czas odniesienia dla pozornych, geocentrycznych efemeryd przyjęto czas ziemski TT oraz określono relacje miedzy TCG i TT (Rekom. 4). Dodatkowo w Rekomendacji 7 zalecono aby nowy, barycentryczny system odniesienia był możliwie bliski równikowi i punktowi równonocny wiosennej systemu FK5 odniesionym do epoki J2000.0, tj. aby podstawowa płaszczyzna tego systemu (płaszczyzna xy odpowiadająca płaszczyźnie równika niebieskiego w katalogowych systemach odniesienia) znalazła się możliwie blisko płaszczyzny średniego równika na epokę J2000.0, zaś punkt początkowy liczenia rektascensji CIO (odpowiednik punktu równonocny wiosennej w katalogowych układach odniesienia, czyli kierunek osi x) znalazł się możliwie blisko dynamicznej równonocny wiosennej na epokę J2000.0. W tej samej rezolucji podkreślono, że utworzony system ma być dostępny dla astrometrii w zakresie fal radiowych i widma widzialnego.
Międzynarodowy Niebieski System Odniesienia (ICRS)
Na mocy Rezolucji B2, XXIII Zgromadzenia Generalnego IAU w Kyoto, w 1997 roku został zdefiniowany Międzynarodowy Niebieski System Odniesienia (ICRS). ICRS został jednocześnie przyjęty za obowiązujący od 1 stycznia 1998 roku. Praktycznymi realizacjami ICRS są Międzynarodowy Niebieski Układ Odniesienia (ICRF) oraz (w dziedzinie widzialnej widma) układ definiowany przez katalog pozycyjny Hipparcos.
Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia (ITRS)
Ziemski system odniesienia jest systemem przestrzennym obracającym się wraz z Ziemią. W systemie tym pozycje punktów związanych z powierzchnią Ziemi są określone przez współrzędne, które podlegają jedynie małym zmianom w czasie, spowodowanym przez efekty geofizyczne (ruchy tektoniczne, deformacje pływowe). Zgonie z postanowieniami IUGG i IAU obowiązującym obecnie ziemskim systemem odniesienia jest Międzynarodowy Ziemski System Odniesienia (ITRS). Praktyczną realizacją ITRS jest seria Międzynarodowych Ziemskich Układów Odniesienia (ITRF).